CNC Laser Plotter

Für den Modellbaubereich benötige ich etwas um Elemente aus Sperrholz zuschneiden. Durch meine Versuche mit verschiedenen Lasern und dem vorhanden Plotter kam ich auf die Idee einen CNC Laser Plotter zubauen. Der Plotter war eigentlich nur für das plotten von Platinenlayouts per Edding gedacht. Aber vielleicht könnte ich auch noch mehr damit machen. Deshalb einfach mal versuchen … und siehe da.



Achtung, bei den folgenden Versuchen muss unbedingt eine Schutzbrille getragen werden und man darf niemals direkt in den Laserstrahl schauen! Andernfalls besteht die Gefahr einer Erblindung!

Plotter – Ansteuern

Den Plotter habe ich über einen USB/RS232 Adapter oder einen LPT Port von einem CAD/ Vektorgrafik Programm aus angesteuert. Die von mir in dem CAD Programm gezeichnete Form kann anschließend im original Maßstab ausgeplottet werden. Das schwierige an der schon etwas in die Tage gekommenen Technik ist, dass es für viele Plotter keine funktionierenden Treiber mehr gibt. Entweder man findet gleich beim ersten Versuch die richtige Kombination aus Treiber und Plottereinstellungen oder man muss eben einige Stunden probieren. Nur nicht den Mut verlieren, die Plottertechnik ist so gut wie unverwüstlich und funktioniert auch noch nach Jahrzehnten.

Cnc Laser Plotter – Umbau

Da der CNC Laser Plotter auch weiterhin für das Platinenlayout dienen sollte, durfte die Stiftaufnahme nicht verändert werden. Daher habe ich, wie schon für den Edding, eine spezielle Halterung für den Lasers gebaut

Geschwindigkeit

Da der CNC Laser Plotter auch im „slow Modus“ viel zuschnell war, musste ich die Geschwindigkeit irgendwie reduzieren. Nach einigen Versuchen bewährte sich das Austauschen des Prozessor-Quarzes. Den Takt habe ich einfach über einen kleinen Microcontroller der Firma Atmel generiert. Den Controller habe ich so programmiert, dass ich den Takt über einen Drehgeber verstellen kann. Somit kann ich die Geschwindigkeit des Plotters regulieren. Um Fehler beim Schneiden zu vermeiden, wird die Schnittgeschwindigkeit nicht sprunghaft geändert. Dafür wird über den Drehgeber eine neue Sollgeschwindigkeit definiert. Die Ist-Geschwindigkeit wird nun über eine gleitende Mittelwertberechnung an die Sollgeschwindigkeit angeglichen.

Steuersignal Laser

Außerdem habe ich das Signal zum „Stift heben/ senken“ zum Ansteuern des Lasers verwendet. Über eine kleine, von mir gebaute Schaltung wird aus dem Stift-Signal ein TTL Signal generiert, welches über den TTL Eingang des analogen Lasertreibers den Laser moduliert. Dieses Steuersignal erhält auch der Microcontroller über einen Interrupteingang. Bei einer Signaländerung, für zum Beispiel „Stift senken“ wird automatisch die Geschwindigkeit reduziert und der Laser aktiviert. Dadurch wird eine besserer Schnitt beim Einstechen erreicht.

Spannungsversorgung

Für die Versorgung von Controller, Display und Lasertreiber mit einer störungsfreien Spannung, habe ich in den Plotter einen zusätzlichen Spannungswandler eingebaut. Dafür wird über einen Trafo (davor Sicherung), Gleichrichter und Festspannungswandler die 220V Stromleitung direkt hinter dem Hauptschalter des Plotters angezapft.

Display

Die Informationen wie Soll- und Ist-Schnittgeschwindigkeit, Laser on/off werden über ein Display Nokia3310 angezeigt. Für das Nokia3310 Display und den Microcontroller Atmega8 habe ich eine kleine von mir entwurfene Platine verwendet. Die Platine, mit der Größe des Displays, dient der Ansteuerung des Nokia3310 über SPI, der LED Helligkeitsregelung über PWM und der obigen Anwendungen.

Laser schneiden oder Gravieren

Fährt der CNC Laser Plotter bei einer entsprechend langsamen Geschwindigkeit mit dem Laser, so schneidet der Laser Material bis zu einer Tiefe von 1cm (Moosgummi). Jedoch sind beim mir Schnittiefen über 4mm nicht wirklich schön. Da hier die Fokusierung des Lasers dann in einen zu großen Kegel übergeht. Fährt der Plotter relativ zügig über die zu bearbeitende Oberfläche so wird darin nur ein Muster eingraviert. Die Gravurtiefe wird dabei über die Geschwindigkeit und/oder Laserleistung bestimmt. In der folgenden Tabelle kann man das Ergebnis von verschiedenen Versuchen mit den beu uns vorhandenen Lasern sehen. Noch mehr Informationen über Laser findet man in unserem Laser-Tutorial in der Rubrik Laser.

Vorlagen

Verschiedene Bausätze, 3D Puzzel und sonstige Vorlagen für interessante Lasercut-Modelle findet man in der Rubrik Modellbau. Bei den meisten der hier vorgestellten Modelle stehen die Vorlagen als DXF oder CDR (Coreldraw) Datei als Download zur Verfügung.

Versuche

Leistung200mW150W1W
Wellenlänge [nm] – Farbe650 – Rot405 – Blau908 – infrarot
Geschwindigkeitlangsamlangsamzügig
Moosgummi 3mm – Schwarzgutgutgut
Moosgummi 3mm – Braungutgutgut
Moosgummi 3mm – Graugutschlechtgut
Moosgummi 3mm – Blaugutgutgut
Moosgummi 3mm – Rotgutgut
Moosgummi 3mm – Orangegutgut
Moosgummi 3mm – Weißgut
Papier weiß
schlechtschlechtgut
Pappe/Kartongutgutgut
Holz – 0,5mmschlechtschlechtgut
Holz – 1,0mmschlecht

Vorschau & Zukunft

Ich habe mir jetzt einen starken BlueRay-Laser 500mA geholt. Mit dem Laser möchte ich Platinen belichten. Im Internet habe ich schon einige erfolgreiche Tests gefunden. Mal sehen ob mir das auch so gelingt. Die benötigten Dioden bzw. Module für solche Laser findet man bei ebay oder www.insaneware.de.