Nick's Technikseite  

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Laserplotter

 

 

Laserplotter

 

Ein Laserplotter ist eine CNC-Maschine, die mittels Laserstrahl Werkstoffe schneidet oder graviert. 

Achtung, Laserstrahlen sind gefährlich und können zur sofortigen Erblindung führen! Laserlicht ist so stark gebündelt, dass sogar das reflektierende Licht die Netzhaut zerstört, ohne es (unmittelbar) zu spüren. Laserexperimente nur mit Schutzausrüstung durchführen!

 

 


 

 

Mein erster Laserplotter

 

Nach dem Meerschweinchen-Putzroboterexperiment wollte ich den XY-Rahmen als Laserplotter nutzen. Es fehlte nur ein gutes Lasermodul, ein Konstantstromregler, und die passende Schutzausrüstung. Die XY-Führungen wurden dann doch komplett umgebaut und durch dickere ersetzt (12mm Ø für X und 8mm für Y) und leichtgängige GT2 Riemenantriebe verbaut. Statt der schweren Linearlager im Alu Block werden nun "nackte" LM-U Lager in selbstgedruckte Kunststoffverbinder (orange) eingespannt.

Eine Experimentier-Laserdiode aus einem alten CD-Brenner war schnell ausgebaut, einen Konstantstromregler mit LM2596 gab es günstig beim Elektronikhändler um die Ecke. Die Laserschutzbrille bereitete mir schon mehr Kopfzerbrechen. Billige Modelle gab es schon ab 2€ auf EBay, die CE-Zertifizierten kosten ca. 40€ aufwärts + Versand...also mal die billige Variante bestellt und der Laserplotter bekommt einen Deckel damit nix passieren kann, fertig.

Der Aufbau gestaltete sich dann doch langwieriger als erwartet, da die verwendeten Schrittmotoren wegen des großen Schrittwinkels nur mit Getriebe zu gebrauchen waren. Nach ca. 5x umbauen war ich mit Auflösung, Umkehrspiel und Geschwindigkeit zufrieden:


Mein erster Laserplotter   Laserplotter



Auf der höhenverstellbaren Z-Achse sitzt das Lasermodul mit 1W 445nm Laserdiode und fokusierbarer Glaslinse, ein Lüfter, eine Webcam mit Laserschutzglas und eine LED-Beleuchtung damit die Kamera bei geschlossenem Deckel was sieht. Die Kamera ist einfach nur genial, damit kann ich die Maschine gemütlich am Computer einrichten und beobachten, ohne mein Augenlicht zu gefährden:


Lasermodul   F-Engrave Test   Microlaser









Steuerung



Die ersten Test machte ich mit GRBL, und war höchst erfreut: GRBL ist einfach, klein, und funktioniert. Der große Nachteil: Es gibt keine SD-Kartenunterstützung. Bei einer 30-Stündigen Gravur den PC als Gcode-Sender zu nutzen ist nicht sehr effizient wenn der PC mehr Strom als der Laserplotter benötigt. Darum bin ich auf RAMPS mit Marlin umgestiegen, was neben der SD-Unterstützung sogar den Betrieb eines Displays, Temperatursensoren und Servos ermöglicht.


RAMPS Test










Pulsgravur


Wer schon mal ein Bild gravieren wollte kennt das Problem: Früher oder später gibt es eine kleine Verzögerung beim G-Code senden (weil z.B. Windows im Hintergrund einen Dienst startet), das bewirkt dass der Laser länger an einer Stelle stehenbleibt als er eigentlich sollte...und verbrennt das Bild an der Stelle, stundenlange Arbeit zunichtegemacht. Ein weiteres Problem beim Lasern: Ich kann das Programm nicht pausieren, da der Laser sonst wieder am Stand vor sich hin glüht. Der Laser schaltet deshalb nicht aus, da die CNC-Steuerungen und Software aufs Fräsen ausgelegt sind, da muss die Frässpindel beim Pausieren des Arbeitsvorgangs eingeschaltet bleiben, da sonst der Fräser im Material verreckt. Es gibt bestimmt einen Gcode Sender, der die Möglichkeit bietet, beim Pausieren des Programms einen Gcode einzuspielen, um dann mit dem Befehl "M5" den Laser auszuschalten, und beim Fortsetzen mit "M3" wieder einzuschalten. Leider ist mir bis jetzt kein Freeware-Gcode-Sender bekannt der das kann, wer einen kennt möge mich bitte kontaktieren!

Daher habe ich mir überlegt, wie man den Laser außer über den Spindel-PWM-Pin noch steuern könnte, und da kam mir die Idee, einfach das Step-Signal der Z-Achse zu nutzen. Vorteil: Der Laser arbeitet nur dann, wenn ich die (virtuelle) Z-Achse verfahre. Beim Gcode-Senden können noch so viele Verzögerungen auftreten, dem Laser ist das egal, da er nur feuert wenn GRBL eine Zeile Gcode mit Z-Bewegung empfangen hat, die dann unabhängig vom PC abgearbeitet wird. Ist die Gode-Zeile ausgeführt, bleibt der Laser solange ausgeschaltet, bis einen neue Zeile Gcode empfangen wird, die Z-Schritte bzw Laserpulse enthält. Wichtig ist dabei nur dass die Pulslänge für die Motorschritte so lange wie möglich sind, damit der Transistor, der den Laser befeuert, Zeit hat ordentlich durchzuschalten. Mit GRBL ist es ganz einfach, der Befehl "$0=Pulslänge in Mikrosekunden" stellt die Pulslänge für die Step-Pins ein, mit 100µs funktioniert es bei mir einwandfrei. Marlin ist da schon komplizierter, darum habe ich mir auf die schnelle einen Puls-Verlängerung mit einem NE555 IC gesteckt, das funktioniert soweit ganz gut.


Mit Halftoner (siehe CNC-Fräse) lassen sich nicht nur Bilder fräsen, sondern mit einem kleinen Trick auch Lasern:

Pulsgravur



Dazu wird einfach der Gcode in einem Texteditor nachbearbeitet, nach jeder Z-Bewegung wird ein "G92 Z0" eingefügt, damit die Z-Achse virtuell wieder auf null steht. Jeder Bildpunkt startet so von Z0, und der Z-Wert des aktuellen Bildpunktes entspricht der Anzahl an Laserpulsen, steps/mm = pulse/mm, und somit wie dunkel der Bereich wird. Einziger Nachteil: Die Gravur dauert etwas länger, da der Laser nicht durchgehend sondern nur Pulsweise feuert, weniger Laserleistung = etwas langsamer verfahren. Dafür ist die Methode absolut fehlerresistent was Verzögerungen beim Gcode-Senden betrifft.


Hier noch ein Video in Aktion:







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