Laser ( cut-engrave) für RF1000 selbstgebaut
Verfasst: Sa 2. Jan 2016, 14:30
Guten Tag
first of all: Happy New Year
Wie schon angekündigt, bringe ich mehr Details zu meinem selbstgebauten Laser- Schneide- und Graviersystem.
Das Ziel war es ein einfaches Lasersystem auf dem RF1000 so zu platzieren, so dass es dort verbleiben kann. Es sollte möglich sein, mit
wenigen Handgriffen vom 3D Druckbetrieb auf Laserbetrieb umzuschalten. Die Eingriffe am Drucker sollten gering sein.
Das Gewicht des bewegten Teils sollte möglichst klein sein. Es sollte von einem unverzagten handwerklich begabten, verantwortungsvollen mit genügend Geduld ausgestatteten Forumsmitglied zu bauen sein.
Ich glaube, dass das gelungen ist.
Der zeitliche Aufwand für die Konstruktion, Suche nach Komponenten, Bau und Dokumentation lagen allerdings bei mehr als 300 Stunden.
Der Nachbau der sog. "simple Version" dürfte mit geeigneter Ausrüstung mit deutlich weniger Stunden möglich sein.
Kostenlos gings aber nicht. Diodenlaser mit mehr als 3 Watt Leistung sind noch relativ teuer, sind aber besonders wenn geschnitten werden soll,
schon unverzichtbar. Da die ganze Konstruktion mit der Hardware des RF1000 kombiniert werden musste, waren bestimmte Anforderungen an den Lasertreiber zu stellen. Der Modulationseingang muss galvanisch von der übrigen Schaltung getrennt sein. Der Lasertreiber sollte über ein eigenes Netzteil verfügen. Die Konstruktion sollte so sein, dass sie zumindest elektrisch auch an andere 3D Drucker passt.
Dazu kam die Forderung nach FDA Kompatibilität. Die Sicherheit sollte gewährleistet sein.
Es muss hier erwähnt werden, dass der eingesetzte blaue Laser mit 3.8 Watt durchaus in der Lage ist, die Augen in Millisekunden Expositionszeit
dauerhaft zu schädigen. Eine geeignete 445nm Schutzbrille muss bei Laserbetrieb immer getragen werden. Auch damit darf man nicht direkt in den Laserstrahl schauen. Auch die eigene Haut ist erheblich gefährdet. Im Abstand von zb 80cm wird ein Karton noch ziemlich warm !
Laser ist nichts für Kinder !
Der Nachbau des nun gezeigten Lasersystems macht demnach jeder auf eigene Verantwortung. Ich lehne jegliche Haftung für Unfälle ab.
Eine Bauanleitung kann Fehler aufweisen welche zb auch Schäden an Personen oder Material zur Folge haben kann. Riskiert eure Gesundheit nicht für ein Experiment.
A. Aufbau Das ganze System beruht darauf, dass der RF1000 bzw. das Signal welches im Druckerbetrieb den kleinen Extruderlüfter steuert, zur Kontrolle des Diodenlasers verwendet wird. Die Software schaltet beim Schneidebetrieb den Laser mit dem Befehl M107 "aus" und mit dem Befehl M106 " ein". Im Schneidebetrieb wird die Leistung des Lasers nicht gesteuert. Zur Umwandlung einer Zeichnung in eine Abfolge von gcode Maschinenbefehlen bzw. Laserbefehlen wird die Software Inkscape mit der Extension j-tech-photonics verwendet. Mit gewissen Einschränkungen geht das ganz gut. ( Probleme gibts bei grossen oder komplizierten Bildern oder Zeichnungen bei deren Vektorisierung, man merkt das erst beim Import in RepetierHost )
Im Gravurbetrieb wird der Laser mit denselben Signalen gesteuert. Das Lüftersignal ist bekanntlich ein PWM Signal d.h. es ist puls weite moduliert. Diese Eigenschaft steuert nun die Laserleistung indem bei jeder Position der Laserbefehl M106 S... zb. M106 S127 für 50% Laserleistung an den Lasertreiber ausgegeben wird. Der Bereich der Leistungssteuerung geht von S1 bis S255 ( 100% )
Wenn graviert wird, kann man dann auch schön sehen, wie der Lüfterschieber und die Prozentzahl in RepetierHost hin und her rast.
Man muss aber im Hinterkopf haben, dass jeder Laserpunkt mindestens 270 Millisekunden dauern muss. Das ist durch den Maschinentakt vorgegeben.
Die Lasergeschwindigkeit beim Gravieren hat demzufolge obere Grenzen ! Eigene Versuche sind dringend notwendig. Software" PicLaser" mit ext.
In diesem Kapitel der Bauanleitung wird nichts über weitere Gesichtspunkte wie Befestigung des zu schneidenden Materials, die Absaugung der Dämpfe und des Rauches etc. gesagt. Das kommt später , ist aber ein sehr gewichtiges Thema. Merke: Wenn du laserst, stinkt die Hütte wie eine Räucherkammer !
Am Drucker RF1000 sind gewisse kleine Änderungen zu machen. So muss der Betätigungszapfen für den X- Endschalter um 20mm nach vorne verlängert werden. Bild. Zwei Schrauben sind durch versenkte Schrauben zu ersetzen. Bild. Es ist eine 24V Leitung vom Hauptnetzteil durch die Lasertreiberkabelklemme zum Laserkopf zu führen. In diese Leitung muss noch eine 12V 5W Zenerdiode integriert werden.siehe Schema.
Die Z Position zum Lasern ist je nach Material bzw. Materialdicke an einem anderen Ort. Sie wird in RepetierHost eingestellt. Messung mit Schiebelehre. ( ich habe vor, hier einen ganz kleinen Ultraschallabstandssensoren zu verwenden welcher mir den Abstand zur Materialoberfläche nach erstmaliger Fokussierung konstant hält ) Ich fokussiere derzeit auf 50mm ( einstellen mit Kollimatorlinse ), besser wäre bei 30mm= kleiner Brennfleck.
Als Diodenlaser verwende ich eine 3.8 Watt multi transvers mode Laserdiode. Der Hauptwellenlängebereich liegt bei etwa 445nm. Er ändert mit der Temperatur, es sind spektral mehrere Maxima vorhanden. Der Brennfleck ist genau genommen eher rechteckig als rund. Man merkt das aber nicht.
Der Lieferant ist die Firma j-tech-photonics in Kemah in der Nähe von Houston Texas USA. Die Firma liefert sowohl Laser als auch einen geeigneten Treiber und die Lizenzen für die modifizierte Software. Leider relativ teuer. siehe Stückliste
Man kann durchaus auch einen anderen Laser oder Treiber verwenden, muss aber wissen was man macht. Man riskiert sonst Kurzschlüsse oder Defekte
zb. an der Hauptplatine des RF1000. Der Treiber muss einen TTL Eingang mit Optokoppler haben. Er sollte in der Lage sein, das Eingangssignal auch zu invertieren. Ferner müssen gewisse Sicherheitsfeatures vorhanden sein um FDA kompatibel zu sein. Hauptschalter, Schlüsselschalter, Wiederanlaufsperre etc.
Beim Laser bzw. Laserdiode muss das Wärmemanagement stimmen. Die maximale Betriebstemperatur darf nicht mehr als 35-40°C an der Kühlfläche sein. Mein System hat eine Überwachung der max. Temperatur. Ferner besitzt der Lasertreiber einen sog. Thermal Shutdown welcher bei Übertemperatur das System abschaltet. Der Laserdiodenkühlkörper wird durch eine vergrösserte Kühlfläche und einem 30x30mm Lüfter kühl gehalten.
Laserdioden sind ausserordentlich wärmeempfindlich. Die Sensibelchen kratzen sehr leicht ab und versterben unverhofft.
Laserdioden liegen einpolig zb Anode oder gelegentlich Kathode am Gehäuse. Sie müssen deshalb aus Sicherheitsgründen elektrisch isoliert montiert werden. Thermisch müssen sie aber gut mit dem Kühlkörper gekoppelt sein. (dünne Kaptonisolation und Wärmeleitpaste )
Die derzeit geeignesten Laserdioden im blauen Bereich kommen von Nichia. Offiziell ist die max. Leistung bei 3.5 Watt +-.
Gewisse Lieferanten pushen ausgewählte Exemplare bis 6 Watt. Die Lebensdauer im CW Betrieb ist dementsprechend. Vor allen wenn die Kühlung ungenügend ist. Es wird dann häufig empfohlen, ein Peltierelement zu verwenden um tiefere Temperaturen zu erhalten. Es wird dabei aber vergessen, dass ein Peltier auf der heissen Seite auch gekühlt werden muss damit alles funktioniert. Wie im RF1000 diese Wärme nach draussen gebracht weden soll ? Wasser ?
Die nun folgende Fotos sind während des Prototypenbaus entstanden. Manchmal sind Unterschiede zur späteren Version nicht zu sehen. Mit einem gewissen Einsatz von Hirnschmalz kann man das aber erkennen.
ciao Georg
first of all: Happy New Year
Wie schon angekündigt, bringe ich mehr Details zu meinem selbstgebauten Laser- Schneide- und Graviersystem.
Das Ziel war es ein einfaches Lasersystem auf dem RF1000 so zu platzieren, so dass es dort verbleiben kann. Es sollte möglich sein, mit
wenigen Handgriffen vom 3D Druckbetrieb auf Laserbetrieb umzuschalten. Die Eingriffe am Drucker sollten gering sein.
Das Gewicht des bewegten Teils sollte möglichst klein sein. Es sollte von einem unverzagten handwerklich begabten, verantwortungsvollen mit genügend Geduld ausgestatteten Forumsmitglied zu bauen sein.
Ich glaube, dass das gelungen ist.
Der zeitliche Aufwand für die Konstruktion, Suche nach Komponenten, Bau und Dokumentation lagen allerdings bei mehr als 300 Stunden.
Der Nachbau der sog. "simple Version" dürfte mit geeigneter Ausrüstung mit deutlich weniger Stunden möglich sein.
Kostenlos gings aber nicht. Diodenlaser mit mehr als 3 Watt Leistung sind noch relativ teuer, sind aber besonders wenn geschnitten werden soll,
schon unverzichtbar. Da die ganze Konstruktion mit der Hardware des RF1000 kombiniert werden musste, waren bestimmte Anforderungen an den Lasertreiber zu stellen. Der Modulationseingang muss galvanisch von der übrigen Schaltung getrennt sein. Der Lasertreiber sollte über ein eigenes Netzteil verfügen. Die Konstruktion sollte so sein, dass sie zumindest elektrisch auch an andere 3D Drucker passt.
Dazu kam die Forderung nach FDA Kompatibilität. Die Sicherheit sollte gewährleistet sein.
Es muss hier erwähnt werden, dass der eingesetzte blaue Laser mit 3.8 Watt durchaus in der Lage ist, die Augen in Millisekunden Expositionszeit
dauerhaft zu schädigen. Eine geeignete 445nm Schutzbrille muss bei Laserbetrieb immer getragen werden. Auch damit darf man nicht direkt in den Laserstrahl schauen. Auch die eigene Haut ist erheblich gefährdet. Im Abstand von zb 80cm wird ein Karton noch ziemlich warm !
Laser ist nichts für Kinder !
Der Nachbau des nun gezeigten Lasersystems macht demnach jeder auf eigene Verantwortung. Ich lehne jegliche Haftung für Unfälle ab.
Eine Bauanleitung kann Fehler aufweisen welche zb auch Schäden an Personen oder Material zur Folge haben kann. Riskiert eure Gesundheit nicht für ein Experiment.
A. Aufbau Das ganze System beruht darauf, dass der RF1000 bzw. das Signal welches im Druckerbetrieb den kleinen Extruderlüfter steuert, zur Kontrolle des Diodenlasers verwendet wird. Die Software schaltet beim Schneidebetrieb den Laser mit dem Befehl M107 "aus" und mit dem Befehl M106 " ein". Im Schneidebetrieb wird die Leistung des Lasers nicht gesteuert. Zur Umwandlung einer Zeichnung in eine Abfolge von gcode Maschinenbefehlen bzw. Laserbefehlen wird die Software Inkscape mit der Extension j-tech-photonics verwendet. Mit gewissen Einschränkungen geht das ganz gut. ( Probleme gibts bei grossen oder komplizierten Bildern oder Zeichnungen bei deren Vektorisierung, man merkt das erst beim Import in RepetierHost )
Im Gravurbetrieb wird der Laser mit denselben Signalen gesteuert. Das Lüftersignal ist bekanntlich ein PWM Signal d.h. es ist puls weite moduliert. Diese Eigenschaft steuert nun die Laserleistung indem bei jeder Position der Laserbefehl M106 S... zb. M106 S127 für 50% Laserleistung an den Lasertreiber ausgegeben wird. Der Bereich der Leistungssteuerung geht von S1 bis S255 ( 100% )
Wenn graviert wird, kann man dann auch schön sehen, wie der Lüfterschieber und die Prozentzahl in RepetierHost hin und her rast.
Man muss aber im Hinterkopf haben, dass jeder Laserpunkt mindestens 270 Millisekunden dauern muss. Das ist durch den Maschinentakt vorgegeben.
Die Lasergeschwindigkeit beim Gravieren hat demzufolge obere Grenzen ! Eigene Versuche sind dringend notwendig. Software" PicLaser" mit ext.
In diesem Kapitel der Bauanleitung wird nichts über weitere Gesichtspunkte wie Befestigung des zu schneidenden Materials, die Absaugung der Dämpfe und des Rauches etc. gesagt. Das kommt später , ist aber ein sehr gewichtiges Thema. Merke: Wenn du laserst, stinkt die Hütte wie eine Räucherkammer !
Am Drucker RF1000 sind gewisse kleine Änderungen zu machen. So muss der Betätigungszapfen für den X- Endschalter um 20mm nach vorne verlängert werden. Bild. Zwei Schrauben sind durch versenkte Schrauben zu ersetzen. Bild. Es ist eine 24V Leitung vom Hauptnetzteil durch die Lasertreiberkabelklemme zum Laserkopf zu führen. In diese Leitung muss noch eine 12V 5W Zenerdiode integriert werden.siehe Schema.
Die Z Position zum Lasern ist je nach Material bzw. Materialdicke an einem anderen Ort. Sie wird in RepetierHost eingestellt. Messung mit Schiebelehre. ( ich habe vor, hier einen ganz kleinen Ultraschallabstandssensoren zu verwenden welcher mir den Abstand zur Materialoberfläche nach erstmaliger Fokussierung konstant hält ) Ich fokussiere derzeit auf 50mm ( einstellen mit Kollimatorlinse ), besser wäre bei 30mm= kleiner Brennfleck.
Als Diodenlaser verwende ich eine 3.8 Watt multi transvers mode Laserdiode. Der Hauptwellenlängebereich liegt bei etwa 445nm. Er ändert mit der Temperatur, es sind spektral mehrere Maxima vorhanden. Der Brennfleck ist genau genommen eher rechteckig als rund. Man merkt das aber nicht.
Der Lieferant ist die Firma j-tech-photonics in Kemah in der Nähe von Houston Texas USA. Die Firma liefert sowohl Laser als auch einen geeigneten Treiber und die Lizenzen für die modifizierte Software. Leider relativ teuer. siehe Stückliste
Man kann durchaus auch einen anderen Laser oder Treiber verwenden, muss aber wissen was man macht. Man riskiert sonst Kurzschlüsse oder Defekte
zb. an der Hauptplatine des RF1000. Der Treiber muss einen TTL Eingang mit Optokoppler haben. Er sollte in der Lage sein, das Eingangssignal auch zu invertieren. Ferner müssen gewisse Sicherheitsfeatures vorhanden sein um FDA kompatibel zu sein. Hauptschalter, Schlüsselschalter, Wiederanlaufsperre etc.
Beim Laser bzw. Laserdiode muss das Wärmemanagement stimmen. Die maximale Betriebstemperatur darf nicht mehr als 35-40°C an der Kühlfläche sein. Mein System hat eine Überwachung der max. Temperatur. Ferner besitzt der Lasertreiber einen sog. Thermal Shutdown welcher bei Übertemperatur das System abschaltet. Der Laserdiodenkühlkörper wird durch eine vergrösserte Kühlfläche und einem 30x30mm Lüfter kühl gehalten.
Laserdioden sind ausserordentlich wärmeempfindlich. Die Sensibelchen kratzen sehr leicht ab und versterben unverhofft.
Laserdioden liegen einpolig zb Anode oder gelegentlich Kathode am Gehäuse. Sie müssen deshalb aus Sicherheitsgründen elektrisch isoliert montiert werden. Thermisch müssen sie aber gut mit dem Kühlkörper gekoppelt sein. (dünne Kaptonisolation und Wärmeleitpaste )
Die derzeit geeignesten Laserdioden im blauen Bereich kommen von Nichia. Offiziell ist die max. Leistung bei 3.5 Watt +-.
Gewisse Lieferanten pushen ausgewählte Exemplare bis 6 Watt. Die Lebensdauer im CW Betrieb ist dementsprechend. Vor allen wenn die Kühlung ungenügend ist. Es wird dann häufig empfohlen, ein Peltierelement zu verwenden um tiefere Temperaturen zu erhalten. Es wird dabei aber vergessen, dass ein Peltier auf der heissen Seite auch gekühlt werden muss damit alles funktioniert. Wie im RF1000 diese Wärme nach draussen gebracht weden soll ? Wasser ?
Die nun folgende Fotos sind während des Prototypenbaus entstanden. Manchmal sind Unterschiede zur späteren Version nicht zu sehen. Mit einem gewissen Einsatz von Hirnschmalz kann man das aber erkennen.
ciao Georg