Lasergraviermaschine

Ausgangslage

Ich wollte schon seit längerer Zeit einen Lasergravier. Daher hatte ich mir auch schon ein Lasermodul mit einem 5W Laser gekauft. Das Lasermodul lag jedoch schon seit einiger Zeit zu Hause unbenutzt herum. Als die Diplomarbeit vor der Tür stand wollte ich endlich die Chance nutzen und mir meinen Traum verwirklichen. Über eine Onlinebörse konnte ich einen alten, defekten und vor allem preiswerten 3D-Drucker besorgen.

Somit hatte ich die wichtigsten Bauteile zusammen und war bereit für den letzten Abschnitt meiner HF im Bereich Elektrotechnik.

Aufgabenstellung

Die Aufgabe an mich selbst war es, eine funktionierende Lasergraviermaschine zu bauen und dabei die Kosten so tief wie möglich zu halten.

Das Endprodukt soll die Werkstoffdicke selbst erkennen und auf den richtigen Abstand an den Laser heranfahren (Brennpunkt des Lasers).

Jeder Anwender sollte mit dem Endprodukt, nach kurzer Instruktion, sein Bauteil lasergravieren können.

Lasergravur hautnah: Impressionen aus der Werkstatt

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Realisierung

Durch meine Vorliebe zu Arduino, hatte ich einige dieser Mikrocontroller zu Hause und ich entschied mich damit zu arbeiten. Dafür wurde ein CNC-Shield gekauft, welches direkt auf den Arduino UNO gesteckt werden kann. Damit können die Schrittmotoren angesteuert werden.

Der Anfang war im Grossen und Ganzen einfach. Den alten 3D-Drucker zerlegen und die Verdrahtung kontrollieren. Gleichzeitig erstellte ich ein Schema der aktuellen Verdrahtung.
Danach testete ich alle Schrittmotoren mit einem kleinen Versuchsaufbau. Als nächsten Punkte wurde der Abstandssensor getestet. Damit das eingelegte Werkstück, später auf den richtigen Abstand an den Laser gefahren werden würde.
Nun begann ich mit dem Erstellen der Grundplatte, auf welche ich alle meine benötigten Komponenten befestigen wollte. Zusätzlich wurden diverse 3D-Teile gezeichnet und gedruckt, um das Lasermodul zu befestigen und dieses wie auch den Abstandssensor zu verdrahten.
Nach dem Verdrahten und dem Zusammenbau konnte ich die ersten Tests mit dem CNC-Shield bewältigen.
Als Nächstes behob ich meine Programmierfehler am Arduino Nano, welcher für das messen des Abstandes und das heranfahren des Werkstückes zuständig ist.
Zu guter Letzt nahm ich einige Änderungen von Parametern in der LaserGRBL Software vor und erstellte einen eigenen Knopf für das Anfahren der Start-Position. Nachdem nun alles so funktionierte wie ich mir das vorgestellt hatte, fing ich an die Lasergraviermaschine mit einem Touch Screen zu erweitern.
Mit diesem kann man die Plattform, auf welchem das Werkstück liegt, herauf- und herunterfahren. Zu einem späteren Zeitpunkt möchte ich die Funktion des Touch Screen erweitern. Ziel ist es, mit Hilfe einer Datei auf einer SD-Karte ein Werkstück zu gravieren.

Endergebnis

Nachdem der Anwender ein Werkstück auf der Plattform ausgerichtet hat, wird dieses mit einem Tastendruck oder mit Hilfe des Touch Screens auf den idealen Brennpunkt an den Laser gefahren.

Als nächstes wird ein Laptop oder ein Computer mit dem LaserGRBL Programm angeschlossen. Nun kann mit Hilfe dieses Open Source Programmes "jpg" und "png" Dateien auf das Werkstück graviert werden.  

Da es sich um einen "Klasse 4 Laser" handelt, welcher gravierende Augenschäden hervor rufen kann, arbeitet der Laser nur bei geschlossener Tür. Wird die Tür während des Laservorganges geöffnet, wird die Stromversorgung des Lasers unterbrochen.