ZigerLaser - 100W CO2 Lasercutter

Wir bauen uns einen eigenen Lasercutter in der MakerStation.

Aufbau

Mechanik

Das Grundgerüst basiert auf den OpenBuilds Aluminiumextrusionen mit Verankerungselementen von der gleichen Firma. Der Deckel wird mit einer Druckluftfeder unterstützt und hochgehalten.

Für die X-Achse wurde ein OpenBuilds V-Slot® Mini V Linear Actuator von 150cm Länge verwendet.

Für die Y-Achse wurden zwei OpenBuilds V-Slot® Mini V Linear Actuators von 100cm Länge verwendet.

Die Z-Achse wird über 4 Kugelspindeln die mit einem gemeinsamen GT-2 Zahnriemen verbunden sind angetrieben. Am Motorschaft ist ein Pulley mit 20 Zähnen angebracht, die Kugelspindeln werden über ein 100-Zahn Pulley angetrieben. Die Kugelspindel selber hat eine Steigung von 5mm pro Umdrehung.

Motoren

Für die 3 Achsen werden insgesamt 4 NEMA 17 MoTech MT-1704HS168A mit einer Haltekraft von (5.5 kg·m) und einem Strom von 1.68A pro Phase verwendet.

Controller

Das bisher eingesetzte Smoothieboard V1 will leider nicht richtig funktionieren. Die Steppermotoren stocken und bewegen sich unabhängig von der Ansteuerung mit. Da keine V1-Boards mehr vom Original-Entwickler hergestellt werden, haben wir hier ein China-Knockoff bestellt - gut möglich dass wir diesen Schritt nun bereuen müssen.

Per 29.02.2020 wurde ein nagelneues Duet3D Duet 3 Mainboard 6HC zusammen mit einem RaspberryPi 4 gekauft und demnächst eingebaut.

Laser und Optik

Als Laserröhre verwenden wir eine SPT TR-100 Red Dot Laserröhre - dies v.a. um das Ausrichten des Laserstrahls zu vereinfachen.

Die Spiegelhalterungen, Spiegel, der Laserkopf und die Fokuslinse wurden bei Cloudray-Laser bezogen.

Air Assist

Wir verwenden einen 160W Kolben-Luftkompressor Hailea ACO-009E.

Unser Laserkopf erfordert einen 6mm AD Schlauch, der Kompressor hat jedoch einen 12mm AD Anschluss (entsprechend 12mm ID Schlauch), weshalb ein 3D gedrucktes Teil hier zum Adapter wurde.

Abluft-Filterung

Damit sich in unserem Makerspace keine giftigen Stoffe ansammeln und unsere Nutzer ungefährdet arbeiten können, haben wir einen BOFA AD Oracle gekauft. Er wird neben dem Lasercutter auch den Lasergravierer absaugen.

ToDo

• Einbau des neuen Controllers. Verknüpfung mit einem HD Touchscreen.
• Installation der Endstops, ggf. können hier die Stall-Eigenschaften der Trinamic-Driver genutzt werden.
• Anschliessen der Wasserkühlung
• Anschliessen des AirAssist
• Anschliessen der Laserröhre
• Justieren des Laserstrahls
• Kabelmanagement
• Blech und Acryl-Abdeckungen bestellen und installieren
• Druckluftfeder planen, bestellen und einbauen

Anleitung

Bitte beachte, dass der Lasercutter kein Spielzeug ist! Voraussetzung für die Benutzung ist eine Einführung in die korrekte Benutzung des Geräts!

Arbeitsprinzip

Viele Wege führen nach Rom. Unser Laser nutzt die sehr fortgeschrittene Reprap Firmware 3.0, weshalb noch nicht alle Laser-CAM Programme mit den dort benutzen Formaten umgehen können.

Gerne dürfen andere Programme zum Erzeugen des GCodes verwendet werden, ihr müsst aber wissen was ihr macht: Vergewissert euch welche GCode Befehle unter welchen Bedingungen den Laser ein/ausschalten.

Der folgende Ablauf funktioniert aktuell gut und kann so verwendet werden:

Daten vorbereiten

Der Laser wird grundsätzlich mit zwei Typen von Daten gefüttert: Vektorgrafiken oder Rastergrafiken.

Vektorgrafiken

Hier kannst du die Gratis-Software Inkscape, oder jegliche andere Vektorgrafik-Software nutzen.

Du findest tausende Text- und Video-Tutorials um den Umgang mit Inkscape zu lernen. Beispielsweise hier

Ziel ist es am Ende Pfade zu generieren, denen der Laser folgen soll. Dies eignet sich v.a. um Sachen mit dem Laser auszuschneiden oder Linien zu gravieren.

Speichere die Datei am Ende als *.svg Datei ab.

Rastergrafiken

Hier kannst du die Gratis-Software GIMP, oder jegliche andere Rastergrafik-Software nutzen.

Du findest tausende Text- und Video-Tutorials um den Umgang mit GIMP zu lernen. Beispielsweise hier

Ziel ist es am Ende eine Schwarzweiss- oder Graustufengrafik zu erhalten, die der Laser in verschiedenen Algorhythmen gravieren kann.

Speichere die Datei am Ende als *.png / *.jpg / *.bmp ab.

Grafik in Lightburn importieren

Auf dem PC neben dem Lasercutter und Engraver ist eine lizenzierte Version von LightBurn vorinstalliert. Wer sich eine eigene Lizenz der Software kaufen will um seine Laser-Files am eigenen Rechner vorzubereiten, muss diese Lizenz verwenden. Wir nutzen das Smoothieware Profil.

Der erste Programmstart von LightBurn

Lizenzcode eingeben: Diesen hat man nach Kauf der Software per Email erhalten / oder Trial nutzen.

• Bild 0*

Gerät einrichten: Dafür kann der integrierte Assistent verwendet werden.

Im ersten Schritt: Smoothieware wählen, Next drücken

• Bild 2a*

Im zweiten Schritt: Serial/USB wählen, Next drücken

• Bild 2b*

Im dritten Schritt: Namen vergeben, bei Länge der X-Achse 1400mm und bei der Y-Achse 780mm eintragen. Next drücken.

• Bild 2c*

Im vierten Schritt: Den Ursprung des Lasers "vorne links" wählen. Next drücken

• Bild 2d*

Im fünften und letzten Schritt: Finish drücken

• Bild 2e*

Alternativ kann eine Konfigurationsdatei importiert werden.

• Konfig-Datei*

Die Datei importieren

Drücke "Datei" - "Importieren" und wähle Dein File im Dateibrowser. Drücke dann "Öffnen".

Die Datei wird nun auf der Arbeitsfläche importiert und kann mit der Maus oder mit den Werkzeugen in der Menüleiste genau positioniert werden.

• Bild 3a*

Den einzelnen Linien oder Rastergrafiken eine Geschwindigkeit und Laserintensität zuordnen

Für Vektorgrafiken - Schnitte

Wenn ein File importiert wird, sind die einzelnen Linien in einer Gruppe vereint. Mit einem Klick auf eine der Linien werden alle Linien der Gruppe ausgewählt, wer eine Untergruppe von Linien auswählen möchte, kann mit Rechtsklick auf eine Linie und "Gruppierung aufheben" diese Gruppe aufbrechen.

Ist man mit der Auswahl der Linien zufrieden, kann auf eine der farbigen Schnittvorgaben unten links geklickt werden.

• Bild 3b*

Im rechten "Cuts / Layers" Fenster erscheint diese Farbe nun im Schnittprogramm. Dort können für jede Selektion eigene Schnittgeschwindigkeiten und Leistungsintensität, Anzahl Durchläufe und viele Parameter mehr festgelegt werden. Der Regler "Ausgabe" kontrolliert, ob diese Selektion im GCode exportiert wird, der Regler "Anzeigen" kontrolliert, ob die Selektion auf der Arbeitsfläche angezeigt wird.

• Bild 3c*

Für Rastergrafiken - Gravuren

Die importierte Rastergrafik erscheint auf der Arbeitsfläche und kann gleich wie bei den Vektorgrafiken einer Selektion zugewiesen werden. Auch dort können die Details der Lasergravur eingestellt werden.

• Bild 3d*

Empfehlungen für Geschwindigkeiten und Laserintensitäten findet ihr weiter unten unter "Materialien / Erfahrungswerte".

GCode exportieren und anpassen

Unten rechts kann nun der Knopf "Speichern Sie GCode" gedrückt werden

• Bild 4a*

Leider ist keines der LightBurn profile perfekt für unseren Laser. Wir müssen daher eine kleine Änderung machen. Suche deine exportierte GCode-Datei im explorer, öffne sie mit einem Texteditor (Empfehlung: Notepad++) und lösche den ersten G54 Befehl.

• Bild 4b*

Den Laser vorbereiten

• Steck die Stromzufuhr für den Laser und die Absauganlage ein und schalte beide Geräte ein. Sobald der Laser bereit ist, leuchten die LEDs in seinem Inneren orange.
• Überprüfe, dass die Wasserkühlung läuft und ca. 19-21°C anzeigt.
• Überprüfe, dass der Luftkompressor arbeitet und am Kopf des Lasers Luft ausgeblasen wird.
• Schalte den roten Laserpointer mit dem Schalter am Bedienpanel ein.
• Gehe auf die Webseite http://duet3.local - das Webinterface des Lasers öffnet sich. Diese Seite kann von jedem PC im Netzwerk der MakerStation aufgerufen werden
• Schau, dass der Laserkopf sich frei bewegen kann und drücke dann auf "Home All" - damit werden alle Achsen genullt. Des Laser leuchtet kurz grün und dann weiss.

Den Nullpunkt setzen in allen 3 Achsen

• Lege dein Werkstück auf das Wabengitter und fahre mit den Steuerelementen im Webinterface über dein Werkstück. Je nach aktuell eingesetzter Linse im Laserkopf musst du nun die Z-Höhe über deinem Werkstück einstellen. Nutze dafür die 3D-gedruckten Distanzhalter und fahre die Z-Achse so hoch/runter, dass der Distanzhalter zwischen Werkstück und Laserdüse perfekt reinpasst.
• Nun kannst du mit den Steuerelementen an den Nullpunkt deines Werkstücks fahren (muss dem Nullpunkt in LightBurn entsprechen!)
• Du kannst nun das Makro "Set work zero" rechts im Dashboard oder links im Menu "Makros" anklicken. Die Anzeige sollte nun für X,Y und Z "0" anzeigen.
• Schliesse den Deckel des Lasers.

GCode im Duet3 Webinterface hochladen

Im Webinterface kann nun links das Menu "Jobs" angeklickt werden. Dort kannst du dein GCode File hochladen.

Fire!

Vergewissere Dich nochmal, dass Wasserkühlung und Air-Assist laufen und dass der Deckel des Lasers geschlossen ist.

Läuft der Laser ohne Kühlung ist er binnen Sekunden tot und dir werden die Kosten für den Ersatz aufgrund von Fahrlässigkeit auferlegt.

Klick auf dein File und wähle "Start"

Materialien und Erfahrungswerte

Schneiden

Material	Dicke	Geschwindigkeit	Laserintensität	Bemerkungen
Sperrholz Pappel	4mm	900	70

Gravieren

Material	Dicke	Geschwindigkeit	Laserintensität	Graviermodus	Bemerkungen
Sperrholz Pappel	4mm