レーザー加工機の冷却水~不凍液投入~

先日水冷システムを変更したレーザー加工機ですが、冷却液には水道水をそのまま使っていました。今は5月なので凍結の心配はありませんが、その前にカビやコケが生えると嫌なので、ちゃんとした冷却液に入れ替えます。

冷却液には何を入れようかとネットで調べると、自動車用でよく使われているエチレングリコールというのは毒性があるそうなので漏れた時が嫌で使いたくありません。グリセリン系というのもあり無害でそのまま下水に流せるそうですが粘性が高いとの事。

このあたり素人で良くわかりませんが、プロピレングリコール系というのが毒性が低いとの事なのでこれを買ってみました。カビやコケの防止効果があるかどうかはわかりませんが・・・。

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プロピレングリコール系冷却液”コガブラインPG40”。Amazonで¥923-

早速リザーバータンク(として使うペットボトル)に入れてみました。かき氷のイチゴシロップみたいでおいしそう。

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約2リットル投入。

で、接続してみます。

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全体がピンク色。

電動ポンプをONにしといて灯油ポンプでプライミングしてやると循環し始めます。
しかし水道水の時と比べて流量が明らかに減っています。やはりこれも粘度が高いのでしょうか?水流センサーも反応しません。

水流センサーの出力を見ると6.89Hzです。センサーは10Hz以上を流量有りと判定する様にプログラムしているのでこれでは反応せず、このままではコントローラーがレーザー発射を止めてしまいます。

Water2_3

水流センサーの出力

レーザー管にどれくらいの水を流す必要があるのか分かりませんが、今までフルパワーで動かしても特に水が温まる感じも無かったので、とりあえずこの流量でもいいんじゃないかと(ええかげんやなー)、センサー閾値の方を4Hzに落としました。

と、一旦これで良しとしたのですが、やはりちょっと不安なので冷却液に精製水を混ぜて濃度を下げる事にします。冷却液を500ml抜いて代りに精製水500mlを入れました。冷却液そのままだと凍結温度が-25℃ですが、さすがにそこまで冷える事は無いので多少薄くなっても大丈夫でしょう。

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精製水500ml。
ドラグコスモスで¥98-で購入。割安な気がしましたが元は水ですもんね。

これで若干ですが流量が増えています。センサー出力も9Hzにアップ。

Water2_6

不凍液を薄めた後の水流センサー出力。約9Hzにアップ。

なおこの水流センサー(YF-S201)は以下の式で周波数が決まる仕様になっています。
 Frequency (Hz) = 7.5 * Flow rate (L/min)
という事は9Hzだと、9÷7.5=1.2L/minとなります。適正値が判りませんが少ない気もするので
温度に注意しながら使ってみます。

Water2_7

何だか、派手な色が入り混じっています。

レーザー加工機の冷却水

最近、時々レーザー冷却用のポンプが止まります。
一旦回り始めたら途中で止まる事は無いのですが、何日か使用しなかった後、電源を入れても回り出さない時があるのです。その場合、ねじを外してインペラを手で回すとゴリゴリ感が取れて復活します。そろそろ限界かもしれません。

suirei1

今までのポンプ。
洗濯機の風呂水取り用です。

冷却水はこういうタンクに入れてあり、レーザーを使用する時はポンプを放り込んで回しています。因みにこのタンクは熊本地震の時、給水用としても活躍した物です。

Suirei2

水タンク

レーザーの使用が終わると毎回水を抜いています。自重で大体の水をタンクに戻した後、コーキング容器で作った水鉄砲を使ってパイプに残った水を吸い出しています。

Suirei3

パイプ内の水を吸出す為の水鉄砲

この水を抜く作業が結構面倒なのです。そこでこの機会に水冷システムを見直そうと思います。イメージしているのはぽんさんのレーザー加工機で、ポリタンクはやめて加工機に一体化した循環経路とし、トータルの水量を減らす代りにラジエターで冷却しようと思います。

で、ラジエターを購入。

ラジエター

たぶんPC水冷化用です。購入時は送料無料で¥1896-でした。

そしてポンプ。

ポンプ。

なに用か分かりません。
購入時は¥416-でした。

まずはこれらの動作確認です。水をこぼしても被害が少ない様、風呂場の脱衣所で試します。

ポンプ2

ポンプと仮の電源

Radiator2

ラジエター

リザーバタンク

仮のリザーブタンク

 

新たに購入したポンプは水中ポンプではないのでパイプの途中に取付ける形となります。
起動時、ポンプまで水が来ていない状態でも少しは吸い上げてくれるかと期待しましたが甘かった様で、全く吸い上げません。よって起動時は何とかして呼び水で満たしてやる必要がありますが、ペットボトルを上げたり下げたり、パイプをシゴいたりと色々やりましたが思った程簡単にはできません。ポンプまで水を送る為のポンプが必要になりそうです。

当初これを購入しようかとも考えましたが・・・

プライマーポンプ

ボートの船外エンジンで燃料を送るのに使うプライマーポンプ

もっと簡単に手に入るのがありました。
灯油ポンプです。これを使って電動ポンプまでの経路を水を満たしてやれば後は電動ポンプが流し続けてくれます。

灯油ポンプ

灯油ポンプ。

 

という事で、この方式でレーザー加工機に取付けたいと思います。
経路は下図の様にします。

水経路

冷却水経路

 

・・・さっそく取付けました。

LaserCoolingSystem

ファンのLEDが眩しく輝いています。このファンもぽんさんから頂いたものです。

LaserCoolingSystem2

灯油ポンプが顔を出しててちょっと変ですが・・・

水流センサー

センサーが水流を検出した証として緑色LEDが点灯しています。

現時点は普通の水道水を入れていますが、暫く使って水漏れが無い事を確認したら不凍液に替えようと思います。冬までには何カ月も猶予がありますが、その前にカビやコケが生えると嫌なのです。よって防カビ/コケ効果のある不凍液にしたいのですが何を入れるのがいいんでしょうね? 車の不凍液(エチレングリコール)は毒性があるらしいので漏れると嫌であまり使いたくありません。グリセリンタイプというのもあるそうですが、こちらは粘性が高いという話です。PC水冷用かな? もう少し調べてコケが生える前には交換しようと思います。

レーザーでハンコを製作する

訳あってハンコを製作する事にしました。
ゴム板をレーザーで彫るのが本筋だと思いますが、手元に無かったので杉(と思われる)板に彫ってみました。

まず適当なソフトで原版を描き、裏表を逆転させます。また彫る部分を黒、残す部分を白にします(一回失敗しました)。

そしてここに書いた方法でレーザー加工機をラスタースキャンさせます。この時レーザーパワーをどれくらいにするのが適当か分からなかったので、ちょっと強めかと思いましたが50%からやってみました。スキャン速度はF3000、解像度は288dpiです。

まず1回目・・・さすがレーザー、細かいところまで残っています。でもちょっと彫り過ぎました。3mm以上窪んでいるので細かいところ(濁点の部分とか)がすぐに折れそうです。

はんこ1

一回目

 

2回目。パワーを約25%に下げて再トライ。
深さ2.5mmでまだ彫りすぎです。

はんこ2

二回目

 

3回目。約10%パワーでやっと1mm強になりました。これくらいで良しとしましょう。
なお10%とはボリュームの目盛りでの10%です(この図のIN端子で制御)。レーザー管の定格は40Wなのでキチンと比例していれば4Wになりますが実際のところは分かりません。

はんこ3

3回目。既にインクを付けた写真しかありませんでした。

つまむところを付けて・・・

はんこ4

つまみ取付け。

 

押してみます。
ゴム版と違って綺麗に押すのが難しい気がします。
まあでも良しとしましょう。

はんこ5

押してみた。

 

リニアガイドで2代目ラダーペダル制作~その2~

2代目ラダーペダルはこんな構造にしようと思います。

ラダーペダル構想

Fusion360で描いてレンダリング

リニアガイドにペダルを載せてワイヤー(糸?)で接続し、中央のプーリーで可変抵抗を回転させます。 左右のペダル内にもそれぞれ可変抵抗が仕込んであり、踏み込むとブレーキがかかります。

 

早速ペダル部分を作成してみました。本体はダイソーの6mmMDFをレーザーカットしています。歯車はABSで3Dプリントしました。バネは1.5mmのピアノ線です。
ペダルを踏みこむとギヤが可変抵抗を回す仕組みです。

ペダル1

ペダルの内側

 

そしてこんな感じでリニアガイドに乗せます(ガイドのコマが小さい感じがしてちょっと不安)。

ペダル2

リニアガイドに取付け。

 

これを二つ製作しました。こういう風に合板の上に並べる予定です。

ペダル3

こんな感じで並べます。

という感じでぼちぼちと進めます。

どどーんはじめました。

変なタイトルですが「ドローン」と呼ぶにはおこがましいので「どどーん」なのです。

息子が少し前からマルチコプターを飛ばしています。
最初はこういう買ってきたやつをそのまま飛ばすだけだったので自分でやろうとは思っていなかったのですが・・・。

トイドローン

JJRCのトイドローン

最近はパーツを集めて組立て、PCで設定を変えたりと工作心をくすぐる事をやっているのを見て自分でもやりたくなりました。
作るのはブラシレスモーターのパワフルなのではなくコアレスDCモーターの軽いやつにします。 

部品購入

まず、フライトコントローラー。この基板にジャイロや加速度センサーが載っていてSTM32マイコンが飛行を制御します。ブラシレスモーターの場合だと通常はモータードライバは別に必要(4個も!)ですが、これはシンプルな制御のDCモーター用なのでドライバもこの基板に載っています。

F3EVO

フライトコントローラー F3EVO。
ブラシモーター用です。

次に受信機。私が持っているフタバの送信機に適合するものです。出力は昔ながらのPWMではなくS-BUSというシリアル通信なので、配線は電源、GND、S-BUSの3本だけです。S-BUS信号は上記フライトコントローラーのUART端子に接続します。

FT4X

ラジコン受信機です。

そしてモーター。2個で¥104円だったので予備も含めて6個買いました。
しかし後で失敗だった事に気づきます。

CorelessMotor

コアレスモーター。
(失敗でした)

プロペラです。結構折りそうなので多めに必要です。

propeller

プロペラ

他にバッテリーも必要ですがとりあえず息子のを借りることにします。

製作

まずはjw-cadでフレームを描きレーザーでMDFを切ります。

フレーム1号jw-cad

jw-cadで描いて・・・

MultiCopter1

マルチコプターのフレーム1号

パーツを取付けた写真は撮り忘れました。
フライトコントローラとPCをUSBで接続しCleanfligntというソフトで設定します。このあたりは息子に聞いたり須磨模型のサイトを参考にしました。

Cleanflight

Cleanflight設定ツール

そして設定ができたのでプロペラを取付けようとしたら・・・軸の太さが合いません。

良く調べたら、この手のモーターの軸はΦ1,0mmと0.8mmがある様です。今回買ったプロペラは1mm用ですが、モーターは0.8mmでした。仕方ないのでダメ元でプロペラの軸に接着剤(ボンド・ウルトラ多用途)を着けて固めます。この接着剤は固まっても少し柔らかいタイプなので後々の着脱がやりやすいかなと思います(実際のところ特に抜ける事もありませんでした)。

飛ばしてみる。

接着剤が固まったので早速飛ばしてみます。
が、プロペラの回転を上げても5cm程浮上するのがやっとです。しかも、ものすごく不安定ですぐにひっくり返って墜落します。 フライトコントローラの設定とかも色々いじったのですが・・・やっぱりパワー不足が一番の問題の様です。

2号機・・・ヘキサコプター

本来ならもっとパワフルなモーターに交換するのが筋だと思いますが、その前に予備モーター2個を追加してパワーアップしてみます。今回購入したフライトコントローラーはDCモーターを6個まで接続できるのです。
またフライトコントローラの設定により、スティックの操作量に対する反応を半分くらいまで減らしてみました(初心者なので安定性重視です)。

マルチコプターフレーム2号

フレーム2号。
モーターを2個追加してヘキサコプターとしました。

これだと何とか目の高さあたりまで浮かびましたが全く余裕がありません。やはりこのモーターでは厳しい様です。

モーター交換して3号機

やはりパワフルなモーターに交換する事にします。息子が使用しているのはJJRCのトイドローンSyma X5Cの交換用モーターなので同じ物を購入します。軸もΦ1mmなので購入済みのプロペラが使えます。
今回は配送を待つ気分ではないのでAmazonに発注し2日後には到着。

そして3号機。フレームは1号を元に細かいところを改良して作り直しました。
材料が2.5mmのMDFでレーザーで簡単に切れるのでどんどん改良していきます。

マルチコプターフレーム3号モーター変更

マルチコプターフレーム3号モーター変更

これだとさすがに良く飛びます。しかし操縦が初心者なので何度も墜落し、モーターの付け根が折れてしまいました。

マルチコプターフレーム3号破損

マルチコプターフレーム3号破損

4号機

モーターの付け根を強化しました(少し太くなったのと、2枚重ねの部分を根本側に若干伸ばしたのと)。
今のところ壊れておらず操縦練習中です。

マルチコプター フレーム4号

モーターの付け根を強化。

この後どうするか未定ですが、まずは操縦の練習をしてみます。

フライトヨークにミクスチャー、プロップレバーを付けてみる。

久々にフライトヨークをいじります。

スロットルレバーは今までこんな感じの一本だけでした。

スロットルレバー1

スロットルレバー

スロットルレバー2

適度な摩擦感を出すためフェルトを貼っています。

本物には混合気を調整するミクスチャーレバーや、機種によってはプロペラのピッチをコントロールするプロップレバー等があるそうです。
http://www.cfijapan.com/study/html/to199/html-to199/189-5-1-CSP_Operate.htm

これらのレバー搭載は製作当初から予定していたのですがそのままになっていました。それを何故か今思い立って再開です。

まずレーザーでレバーの側板を切りだします。
今まではレバーの片側だけを支えていましたが時々緩んでレバーが下がってくる事があったので今度は両側から挟み込む様に変更します。なので4枚作成です。

YOKEレバー側板1

レバーの側板切りだし。

と思ったのですが、やっぱりスロットルレバーの側板も更新する事にしたので6枚作りました。

スロットルレバー側板2

6枚切りだし完了。

次にレバーを作ります。2mm厚ステンレス版(これも以前ハンズマンのガラクタ市でかった素材)からレバーを切りだします。そしてこれまたハンズマンのドリルストッパー6mmを溶接します。

レバー

レバー。今までのと新しいの二つ。
溶接が上達しません。

ドリルストッパーには六角レンチで回す3mmのイモネジが付いていますが、溶接の際に穴を潰してしまったので開け直して3mmナベネジに変更しました。

そして台座を作ります。
今までスロットルレバーで使っていたのと同じ金具が見つからなかったのでアルミアングルを切って3つ共作り直しました。

スロットル台座

スロットル台座

仮組みして並べてみます。

レバー仮組み

レバー仮組み

スロットルレバーのノブはまだ3Dプリンターを持っていなかった時代だったので「自由樹脂」というお湯で温めて成型する樹脂で作ってあります。
新しいレバーのノブはプリントパーツにしようと思いますが、色付けをどうしましょうかね。ミクスチャーは赤、プロップレバーは青と決まっている様なのでこれに従いたいのですが、普段使っているフィラメントはABSの白です。PLAなら赤と青のフィラメントを持っているのですが樹脂変更はノズルが詰まりやすくなるという話もあるのでやっぱりABSでプリントして塗装しようと思います(ABSの塗装が難しいという話も聞きますが)。

・・・つづく

Laser加工機製作 ~その18 水流センサー不具合対策~

最近レーザーカットしていると時々「切り残し」が発生する事に気づきました。

下図は厚紙に試し打ちした写真です。裏から打った線が薄く見えていてちょっと見づらいですが、赤で囲んだ部分が「切り残し」です。

切り残し

切り残し

最初は原因が分からなかったのですが、水流センサーの信号判定回路に付けたLED(水が流れている事を示す)が時々、一瞬消える時があり、その瞬間に切り残しが発生する事が分かりました。

水流センサーは水が流れると水流に比例したパルスを出します。これを判定回路のPICマイコンでカウントし、1秒間に10発以上のパルスが来れば「流れている」と判断します。水流が無い時はレーザー電源のイネーブル信号をOFFにして強制的にレーザーを止めます。

試しにレーザー電源をOFFのまま動作させてみるとLEDが消える事はありません。やはりレーザーからノイズが載っている様です。 判定回路の入力はセンサーからくるパルスのみなので、この信号にノイズが載ってもカウントが10発以上あれば良く、ノイズをカウントしたとしても「流れている」方に間違うはずと考えました。という事は電源か・・・。そこで5Vの電源ラインに10μFの電解コンデンサを付けてみましたが効果がありません。

で、レーザー動作中にオシロスコープで信号をみたところ、電源に揺れはありませんがパルス信号にかなりのノイズが載っています。 よく考えるとノイズが多く入ってカウンターがオーバーフローすると「流れていない」と誤判定するかもしれません。 そこでパルス入力に(ちょっと大きめですが)0.1μFを付けたところ、波形はかなり鈍りましたがノイズはきれいに消えており、切り残しも今のところ発生していません。もう少し小さいコンデンサで良さそうですが、パルス自体が早くないので鈍りが大きくても問題ないと思います。

WaterFlowSensor

電源に10μF、信号に0.1μFを追加。
10μFの方は不要だったかもしれません。

バルサ材カット

これだけ切っても「切り残し」は発生していないので恐らく解決です。

この水流判定基板はもう一枚作ってぽんさんに差し上げる約束をしていますが、その前に見つかって良かったです。

Laser加工機製作 ~その16 操作パネル~

この「Laser加工機製作 ~そのXX~」というタイトルは久しぶりです。この間にも換気扇の話水流センサーの話を書いたので、これらも同タイトルにすべきところでしたが・・まあいいや。

今回は操作パネルの制作に取り掛かりました。今までは写真のようにバラックのままです。

操作パネルが無くバラバラ

操作パネルが無くバラバラ

本当はZ軸の上下やレーザーパワー制御のPWM化とか、そのあたりが完成後に操作パネルを作るつもりでしたが、いつになるか分かりません。
また、近所のホームセンター「ハンズマン」の廃材コーナーで写真のアクリルパネルを30円で購入し、これが操作パネルに良さそうなサイズだったので、ここらで一旦パネルを作ってしまいます。

ハンズマンの廃材/見切り品購入

ハンズマンの廃材/見切り品コーナーで購入。
アクリルのほかにも細い両面テープと何かわからないプラスチックパーツ。
プラスチックパーツは直径5cmの円筒がピッタリはまるものでレーザー管やコーキング剤の筒と一致し、何か使えそうな気がして購入。

LaserPanel1

30円のアクリル版がほぼピッタリ(実は幅が数ミリ足りないが何とかする)。

まず電流計の台を3Dプリントします。

LaserPanel2

電流計の台。プリント中。

LaserPanel3

プリント完了。

こんな感じで取り付ける予定です。

LaserPanel4

電流計取り付けイメージ

ところでこれ、電流計とか言っていますが元はマルツパーツ館で100円で買ったVUメーターです。このメーター、実測ではフルスケール時200μA/130mVでした。
使用中の40Wレーザー管は定格20mA流れる事になっていますが、実際はよく分からなかったのでかなり余裕をみて40mAあたりをフルスケールに設定します。要は抵抗を並列に接続し、そちら側に39.8mAを流せば良いので抵抗値は130mV/39.8mA≒3.27Ωです。今回は手持ちの関係で3Ωを取付けました。

LaserPanel4

メーターの裏側に3Ωの抵抗を並列に取付け、カプトンテープで保護します。

1Wぐらいの大きい抵抗を付けているのは手持ちの関係です。130mV×39.8mAなので1/4Wでも1/8Wでも問題ありません。

 

そして目盛り盤を作成します。まずメーターの目盛り盤にマスキングテープを貼り、テスターを直列に接続して色々な電流を流しながらマスキングテープに目盛りを記入していきます。各電流値とメーターの角度が分かったらパソコンで目盛り盤を描いてタック紙にプリントしたものをメーターに張り付ければ完成です。

LaserPanel5

目盛り盤貼り付け。
MAX50mAになってしまいました。
またなぜか等間隔になりません。
ま、大体の電流が分かればいいので良しとします。

結果、少し多めのMax50mAになってしまいました。ちょっと抵抗が小さすぎた様です。実際にレーザーを発射しても20mA弱までしか流れないので、いずれフルスケール25mA狙いで作り直そうと思います。

 

パネル上には奥から電流計、マニュアルレーザー発射ボタン、ボリューム、水ポンプスイッチ、非常停止スイッチを取付け予定です。文字を裏からラスタースキャンで描くのでカットも裏から切ります。

LaserPanel6

JW-CADでパネルの図を描きます。

・・・これもまた、ぼちぼち進めていきます。やっぱり、ぼちぼち堂です。

レーザー加工機 排気 ~完了~

またまたレーザー加工機排気の続きです。

製作した箱で換気扇を囲む様に取付けます。そして配管をレーザー加工機まで接続しました。
なお前に失敗した穴(空けてみたら筋交いが登場して断念)には新しく開けた穴から切り出した板を張り付けて目立たなくしています。

レーザー排気1

木箱を取付けてレーザー加工機まで配管を接続。

 

とりあえずこれで箱を塞ぐとレーザー加工機から空気を吸い出してくれます。完全に塞ぐとモーターが過負荷になりそうなので塞ぎ具合を色々とためしてみます。

レーザー排気2

1/3ぐらい塞ぐといい感じで吸ってくれます。

 

塞ぎ加減が分かったのでMDFをレーザーカットして最終版の蓋を作ります。その際、早速換気扇を使用しました。今まで窓を少し開けトイレファンを外に向けて排気していましたが、これで窓を開けなくても排気ができて冬でも寒くありません。また風向きによって逆流する事もなくなると思われます。

レーザー排気3

蓋をカット中。

 

蓋を取付けます。当初は丁番で取り付ける予定でしたが、途中で面倒になってテープ貼りにしてしまいました(落ちないとは思いますが)。上だけ止めているので開放する事も出来ます。

レーザー排気4

最終的な蓋を取付けたところ。レーザーから接続している左下を多く塞いでいます。

やっと完成です。これで快適にレーザー加工ができるはず!!

レーザー加工機 排気 ~4~

引き続き換気扇の取り付け工事です。

断熱材をカッターで切り取りました。
計画では穴の四隅に外壁まで貫通する穴を空け、それを目印に外側に線引きして壁を切り取る予定です。そこで百均のコンクリートドリル3mmΦで外に向かって空けようとしたのですが、何だか硬くて入っていきません。壁はモルタルの様です。

壁穴10

四隅に開けるのは諦めて中心に一つ、10Φで開けます。この刃もダイソーですが高山質店で50円で買ったものです。

やっと貫通しました。
壁穴11

覗くと向かいの家が見えます。

壁穴12

な、なんか感動。

いよいよ外壁です。ドリルで貫通させた穴を基準に四角に線引きし、見やすい様にマスキングテープを張りました。 そしてディスクグラインダーにダイヤモンドホイールを取付けて切っていきます。 ドリルと違ってダイヤンドホイールはどんどん切れていきます・・・・が、モルタルが厚すぎて100mmΦのホイールが裏まで届きません。溝が入っただけです。
タガネとハンマーで叩いても外れる気配はありません。

もっと径の大きなダイヤモンドホイールが必要ですが、それだと今のディスクグラインダーに付かないと思います。
ギブアップです。

壁穴17

この状態で途方に暮れる・・・

知人のO氏に相談したら「持ってるよ」の一言。貸してと頼んだらO氏自身も応援に来てくれました。ありがたい限りです。
ちなみにO氏の専門は電気工事ですが、この手の作業も良くするそうです。

この後は殆どO氏の手により作業が進んでいきます。

壁穴13

作業中のO氏。頼れる男。

あっという間に木枠をとりつけ、コーキングして換気扇フード(以前ガラクタ市で買った激安品です)まで付いてしまいました。
なお最初にに3mmドリルで穴を空けられなかった理由は回転が速すぎた事が原因だった様です。O氏の指導により回転数を調整すれば、ちゃんと穴が空きました。
なんだかんだで日暮れギリギリでしたが、後は室内から換気扇を取付けるだけです。

壁穴14

ついたぁ!最後は他力本願でしたがやっと換気扇が付きました。

有孔ボードも四角にくりぬいて取付けます。

壁穴15

あちこち傷だらけです。先に失敗した方の穴も何とかしなければなりません。

これで部屋の換気としては機能します。
あとはレーザー加工機の排気をここに接続するため、写真の様な箱を製作中です。

壁穴16

換気扇をこの箱で囲みます。
前面を開放すると部屋の換気ができ、半分くらい塞ぐと横のダクトからレーザー排気を吸い出せる予定。

もう一息です。