CNC Laser Gravierer - der

2017/01/20
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CNC Laser Gravierer
CNC Laser Gravierer
VORSICHT! DER HIER GENUTZTE LASER IST KEIN SPIELZEUG!
Es handelt sich um einen Laser der Klasse 3B: Die zugängliche Laserstrahlung ist
gefährlich für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut. Bitte nicht ohne
Entsprechende Schutzmaßnahmen/Schutzbrille verwenden.
Laser Gravierer V4
So, es ist endlich soweit! Nachdem ich
vor über einem Jahr im Winter begonnen
hatte den Lasergravierer v2 zu bauen, lag
dieser dann den ganzen Sommer fast
fertig in der Ecke. Es wurde wieder Herbst
und ich wollte das Projekt noch einmal
angehen. Mittlerweile spukten aber
wieder einige Veränderungen im Kopf
herum, z.B. sollte der Laser in eine
geschlossene Kiste mit Plexi Scheibe
oben drauf. Also Holz Teile neu
gezeichnet und gefräst, Alu Profile
abgelängt und wieder war Version 3 quasi
fertig.
Von einem netten Mitflieger bekam ich eine Alte Holz-Kiste die wohl Jahrzehnte einen großen
Nadeldrucker in der Werkstatt beheimatet hatte. Dicker 230V Lüfter mit Schalter am Gehäuse,
Massive Verarbeitung und vor allem eine Rauchglas Plexi Abdeckung mit Dämpfer zum öffnen PERFEKT FÜR DEN LASER! Leider etwa zu klein für den v3 der gerade soweit fertig war. Also wieder
von vorne, Holzteile und Alu Profile passend für die neue Kiste gemacht, Elektronik verkabelt, grbl
angepasst und aufgespielt - geht!
Vom der Aufwendigen Elektronik des v2 bin ich wieder abgekommen. Verbaut wurde dieses mal
einfach eine billige All-In-One Platine von Banggood die direkt den Arduino, 2 Stepper Treiber und
einen Spannungsregler für den Laser mitbringt. Als Laserdiode kommt diesmal ein blauer 1.6W von
Banggood zum Einsatz den ich mal billig in einer Aktion erworben hatte. Das beim Laser beiliegende
12V 2.5A Netzteil reicht übrigens prima zur Versorgung des Lasers sowie der Schrittmotoren. Auf dem
Board wurde die aktuellste grbl v0.9j installiert, wobei ich hier ein paar Dinge im Code an das
Banggood Board angepasst habe. Die Pinouts für X und Y wurden getauscht da ich auf X 2 Motoren
verbaut habe. Außerdem wurden Spindel und Cooling Pin getauscht, so das mein Laser jetzt mittels
Kühlmittel Befehlen (M08/M09) im GCode gesteuert werden kann. Dies hat den großen Vorteil das ich
das selbe CAM für Fräse und Laser nutzen kann, da sich die Befehle so gegenseitig nicht stören hatte ich beim 1. Laser auch schon so. Gesteuert wird das ganze mittels UniversalGCodeSender oder
GRBLController, entweder vom Raspi der auch die Fräse steuert oder mittels meinem Chuwi Hi8
Windows 10 Tablet am USB-OTG.
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Die ersten Tests schauen wirklich gut aus, der 1.6W Laser schneidet 3mm Sperrholz mit 3
Durchgängen a 100mm/min. Balsa entsprechend Schneller. Verfahren kann ich mit 10000mm/min,
was beim Aufkleber schneiden wohl auch fast zum schneiden reichen sollte ;_)
Verbaute Teile
1x 2 Axis Stepper Motor Driver Board Controller Laser board For DIY Laser Engraver
3x NEMA17 Two Phase Hybrid Stepper Motor 40mm 3.6kg.cm 1.68A
1x 5M GT2 Belt + Pulleys
3x GT2 Synchronous Wheel
12x 3D Printer Flat/V Type Plastic Pulley Concave Idler Gear TYPE 02
1x 1600mW Blue Laser Module With Heatsink
Angepasstes grbl 0.9j für das Banggood Laser Board (X/Y getauscht, M08/M09 schaltet Laser)
Holzteile und Konstruktionszeichnung des Laser v4
Ansonsten Rahmen aus 8mm Sperrholz sowie 20x20 Alu Profile für 3,20€ pro Meter.
Bilder
Laser Gravierer V1
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2017/01/20
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CNC Laser Gravierer
Da ich bei meiner CNC Fräse auf den Geschmack
gekommen bin und mit die Schrittmotor-Bastelei
gerade Spass macht kam ich (auch inspiriert durch
die c't Hardware Hacks) auf die Idee einen CNC
Laser Gravierer aus herumliegenden Teilen zu
bauen. Eigentlich sollte der Laser einfach an die
Fräse, aber die steht im Keller und es müsste immer
alles neu eingestellt werden etc… und etwas CNC
Spielerei am Schreibtisch ist ja auch nett
•
Verfahrweg: ca 220x220mm
•
Laser: Rote 300-400mW Laserdiode aus einem DVDBrenner
•
Mechanik: Holz und Schubladenschienen
•
Elektronik: Arduino Nano mit grbl und 2 Polulu
Stepper Treibern.
UPDATE
Due to many questions about the Laser Build - Most of the parts for a similar
build and a complete electronics board are now available in several China
Shops. If you are not that experienced in the Electronics Stuff i would go with
that ones:
Ready to use Stepper and Laser Driver Board
Complete Laser Cutter Kit
ready to use 200mW RED Laser Module
Es handelt sich um einen Laser der Klasse 3B: Die zugängliche Laserstrahlung ist
gefährlich für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut. Bitte nicht ohne
Entsprechende Schutzmaßnahmen/Schutzbrille verwenden.
Damit das ganze auch „authentisch“ wird wurde ohne großen Maschineneinsatz gearbeitet. Sägen
von Hand mit ner 10€ Japansäge und Sägelehre aus dem Baumarkt, Gebohrt mit dem Akkuschrauber
;_)
Arbeitseinsatz für alles zusammen ca 12h.
Achtung, das rote Plexiglas Schild vor dem LASER absorbiert bei einer roten Diode so gut
wie keine Strahlung, es war einfach das einzige farbige Plexi das ich hatte. Es wurde
später durch Blaues Plexi und ein Stück aus einer passenden Laser-Schutzbrille ersetzt.
Mechanik
Kiefernleiste 45x13mm ca 2m
etwas MDF/Sperholz
4x Schubladenschienen
2x Schrittmotor
1m M6 Gewindestange
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2 alte Inline-Skates Kugellager
etwas Alu Rohr 8/6mm
→ Verfahrweg ca 22x22cm
Motoren
Vor langer, langer Zeit habe ich im Conrad Restposten Heftchen mal eine größere Menge TANDON
KP4M2-203 Schrittmotoren für ein paar Mark gekauft. Die Motoren haben NEMA17 Format und 1,8°
Schrittwinkel.
Betrieben werden die Platine und die Schrittmotoren mit einem alten 12V 4.2A Netzteil. Dieses liefert
Strom genug und ist da Lüfterlos leise und wartungsfreundlich.
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2017/01/20
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CNC Laser Gravierer
Treiber Motor
A+
Grün
ASchwarz
B+
Braun
BRot
TANDON KP4M2-203 Schrittmotoren
Steuerung
Wie bei der Fräse auch kam wieder ein Arduino mit grbl Firmware zum Einsatz. Diesmal ein Arduino
Nano und 2 billige A4983 Stepper Treiber Platinen (Pololu Klone) die mit dem geringen Strom meiner
Motoren problemlos ohne Kühlung zurechtkommen. Das alles sowie noch zwei BUZ11 FET
Transistoren (zum Schalten des Lasers und des Lüfters) auf etwas Lochrasterplatine und fertig wars.
GRBL Pinout von: https://github.com/grbl/grbl/wiki/Connecting-Grbl
die beiden A4983 Treiber werden jeweils mit Step und Dir and die X/Y pins des Arduino
angeschlossen. Enable beider Treiber kommen parallel an den Stepper Enable Pin vom Arduino. Die
beiden Schalt-Transistoren hängen an Spindel Enable und Cooling Enable und können so per GCode
(M3/M5 bzw M8/M9 ) geschaltet werden.
Arduino-Nano ~9€
2x A4983 Stepper Driver ~10€
Software
GRBL ist ein auf dem Arduino Microprozessorboard basierender GCode Interpreter der per
serieller/usb Schnittstelle GCode Kommandos empfängt und dann an den IO-Pins des Controllers die
Schrittimpulse für die Motoren erzeugt. Alle Informationen zur Schrittanzahl pro mm pro Achse,
Maximale Geschwindigkeiten etc.. werden hierbei im grbl, sprich auf dem Arduino gespeichert. Somit
liegen alle Einstellungen auf dem Gerät und nicht auf dem ansteuernden PC, der damit problemlos
Austauschbar ist. Zum senden des im CAM generierten GCodes kommt ein kleines Java-PRogramm
namens Universal-G-Code-Sender zum Einsatz das einfach das GCode File per USB zum Arduino
streamt. Weiterhin bietet es Schaltflächen zum manuellen verfahren des Portales und die Möglichkeit
manuell GCode Befehle abzusetzten.
Die benötigten GCode Dateien können entweder über den Weg CAD(DXF) → CAM(GCODE) oder direkt
mittels eines Plugins aus Inkscape heraus erzeugt werden.
GRBL Settings:
Grbl 0.8c ['$' for help]
>>> $$
$0=1600.000 (x, step/mm)
$1=1600.000 (y, step/mm)
$2=250.000 (z, step/mm)
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http://der-frickler.net/technik/lasergravierer
$3=20 (step pulse, usec)
$4=200.000 (default feed, mm/min)
$5=200.000 (default seek, mm/min)
$6=64 (step port invert mask, int:01000000)
$7=254 (step idle delay, msec)
$8=5.000 (acceleration, mm/sec^2)
$9=0.050 (junction deviation, mm)
$10=0.100 (arc, mm/segment)
$11=25 (n-arc correction, int)
$12=3 (n-decimals, int)
$13=0 (report inches, bool)
$14=1 (auto start, bool)
$15=0 (invert step enable, bool)
$16=0 (hard limits, bool)
$17=0 (homing cycle, bool)
$18=0 (homing dir invert mask, int:00000000)
$19=25.000 (homing feed, mm/min)
$20=250.000 (homing seek, mm/min)
$21=100 (homing debounce, msec)
$22=1.000 (homing pull-off, mm)
ok
Universal-G-Code-Sender zum senden der GCode Files an den Arduino
grbl Firmware für Arduino zum Umsetzten der GCode Befehle in Motorschritte.
Inkscape Plugin zum Laser-GCoder erstellen einfach in den Extensions Ordner von Inkscape
entpacken.
Pocket laser engraver Inkscape→Laser Tutorial
Laser
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Mehr unter: Wikipedia: Laser Gesundheitsgefahren
Die Laserdiode ist eine Rote LPC-826 wie sie in vielen Aktuellen DVD-Brennern verbaut ist. Beim
Neupreis von 8€ Lohnt sich das ausschlachten aber kaum. Dazu benötigt man noch eine passende
Optik zum Fokussieren, sowie einen passenden Kühlkörper. Außerdem müssen Strom und Spannung
recht genau limitiert werden da man sich sonst die Diode zerlegt (schon getestet)
Die Diode ist mit Operation Current <400mA und Operation Voltage <2.2V angegeben, wobei 400mA
meines Erachtens schon extrem am Limit liegen, damit wird die Diode nicht sehr alt. Die Spannung
muss je nach Diode aber bis knapp unter 3V hoch gedreht werden → Strom im Auge behalten!
Bei mir kommt ein LM2596S DC-DC Step-Down-Schaltregler von Ebay zum Einsatz auf dem Strom und
Spannung schön eingestellt werden können.
Laser Eye Protection Goggles
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2017/01/20
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CNC Laser Gravierer
658nm-660nm 300-400mw CW Red Laser Diode/LPC-826 8€
Laser Gehäuse mit Optik für 660nm 7€
LM2596S DC-DC Step-Down-Schaltregler als Konstantstromquelle 3,50€
Video:
Video
Links
c't Lasercutter aus alten DVD Brennern
http://www.instructables.com Pocket laser engraver Laser Gravierer aus alten CD-Roms auf
Arduino/grbl Basis.
DIY Laser Cutter for PCB Stencils
jtronics CNC Laser Plotter
c4r0 Laser CNC machine ver. 2
CNC Fräse mit Schubladenschienen
Laser v2
Im Prinzip ist der der Laserplotter soweit fertig, allerdings ruht das Projekt bis zum nächstne Winter,
da ich momentan mehr Spass am Modellfliegen und Bauen habe. Da einige Leute mcih gefragt haben,
hier die Zeichnungen der Holzteile für Wagen und Front/Rückseite als DXF: laserplotter_v2_public.zip
Nachbauten bitte nur Privat und mit Nennung des Authors.
Alu Systemprofil 20x20 2x700mm 1x500mm ~15€ incl. Versand
12 Stück 25mm Rollen für Schiebetüren/Duschtüren 2.20€ stk.
3x Nema 17 Motoren 24€
5m Zahnriemen und Riemenräder $10
Arduino + CNC Shield + Stepper-Driver 25€
Laser Treiber bis 2W $12
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