Laser Cutter Umbau

Der berühmt berüchtigte 40W China Laser Cutter, Modell K40

Strukturrieungvorschlag

• Motivation
  • was soll der Wiki Eintrag leisten
• Vision
  • Eigenschaften des umgebauten Gerätes, nicht als starr an zu sehen
• Design
  • Dokumentation der Entscheidungen die Aufgabe auf ein bestimmte Art und Weise zu lösen
• Hardware
  • Original Hardware
    • Beschreibung der Hardware die im Gerät verbaut ist und weiter verwendet wird
  • neue Hardware
    • Beschreibung der neu verwendeten Hardware
• Software
  • Teilkomponente
    • Entwicklungsumgebung
    • Programm Code
    • Wie bringt man die Software ans laufen
• Linksammlung
  • mehr oder weniger interessante Webseiten zum Thema
• Fragen und Antworten
  • Alle offenen Fragen und deren Antworten, die noch erarbeitet werden müssen
• TODO
  • nächste Bearbeitungsschritt

Motivation

Diese Seite dient als Dokumentation des Umbaus. Ziel ist es den Umbau nachvollziehbar zu machen und die Zusammenarbeit zu unterstützen.

Vision

Beschreibung

Ziel ist ein funktionale Einheit, so viel wie möglich Funktion soll im Gerät selbst stattfinden. Das Gerät wird im wesentlichen über ein Webinterface bedient. …...

Design

Das Originalgerät dient als Basis für den Umbau.

• • Hardwareumbau
    • Anforderung
      • leichte Nachbaubarkeit, leicht beschaffbare Standard Komponenten, Geringer aufwand und Anforderungen für Umbauten
      • am Äußeren des Geräts soll so wenig wie möglich geändert werden z.B. keine sichtbaren Befestigungen

Hardware

erhalten bleibt

• Spannungsversorgung
• Lasereinheit
• Laserstrahlpositionierungseinheit

ersetzt wird

• Steuerplatine
• Lüftungs- und Kühlungseinheit

ergänzt

• Sicherheitseinrichtungen
  • Überwachung der Schneidraumtür
    • Anforderung
      • Minimal
        • zuverlässiges und tolerantes erkennen der geschlossenen Schneidraumtür
        • wenn Tür nicht geschlossen, dann kann Laser nicht einschalt werden (Warnung, per Software)
        • wenn Gerät stromlos, kann Tür geöffnet werden z.B. nach Notabschaltung um Feuer zu löschen
        • wenn Tür geschlossen ist und der Laser eingeschaltet werden wird, dann wird die Tür vor dem Einschalten des Lasers verriegelt
        • wenn die Tür als offen erkannt wird, dann wird dies optisch angezeigt
        • bei einer Störung an der Verriegelung kann die Schneidraumtür trotzdem geöffnet werden
      • Optional
        • Integration einer Transportsicherung für die Schneidraumtür

• Beleuchtung
• sichere Kontrollmöglichkeit des Laserprozesses – Kamera
• Not-aus Schalter
• Temperatur Sensor Laser Kühlwasser

Software

wird komplett ersetzt

• Hardwaresteuerung und Auftragsabarbeitung via Arduino Freeware
• Benutzerinterface und Auftragserstellung via Webinterface basierend auf Open Source

Variante A GRBL:

• GRBL Arduino Firmware
  • Sourcen
• LaserWeb Frontend

Änderungen notwendig an GBRL-Software:

• Da keine Z-Achse, wie bei CNC-Maschinen vorhanden ist, muss auch im Homing-Prozess das Z-Homing deaktiviert werden! Dazu in der config.h die Zeilen

#define HOMING_CYCLE_0 (1<<Z_AXIS)                // REQUIRED: First move Z to clear workspace.
#define HOMING_CYCLE_1 ((1<<X_AXIS)|(1<<Y_AXIS))  // OPTIONAL: Then move X,Y at the same time.

durch

//#define HOMING_CYCLE_0 (1<<Z_AXIS)                // REQUIRED: First move Z to clear workspace.
#define HOMING_CYCLE_0 ((1<<X_AXIS)|(1<<Y_AXIS))  // OPTIONAL: Then move X,Y at the same time.

ersetzen! Getestet und für gut empfunden!

Weiterhin wird der Feed Hold-Pin als Sicherheitstür-Kontakt verwendet. Dazu muss die Zeile

// #define ENABLE_SAFETY_DOOR_INPUT_PIN // Default disabled. Uncomment to enable.

einkommentiert werden:

#define ENABLE_SAFETY_DOOR_INPUT_PIN // Default disabled. Uncomment to enable.

und die Polarität des Inputs invertiert werden, da der Taster bei geschlossener Tür auch geschlossen ist:

// #define INVERT_CONTROL_PIN_MASK ((1<<CONTROL_SAFETY_DOOR_BIT)|(1<<CONTROL_RESET_BIT)) // Default disabled.

zu

#define INVERT_CONTROL_PIN_MASK (1<<CONTROL_SAFETY_DOOR_BIT) // Default disabled.

ändern

Status:

• GRBL v.1.1 wurde auf Arduino UNO (da original GRBL nur Atmega 328P unterstützt) geflasht und liegt in Lasercutter
• Config von hier übernommen und getestet: 160 Schritte/mm passen bei Treibereinstellung auf 1/16 Microstepping
• Ansteuerung der Schrittmotoren funktioniert über das CNC-Shield und Bedienung über bCNC
• Stromgrenzen eher konservativ gesetzt auf 0,8 Volt Referenzspannung = ca. 0,5A Motorstrom bei Shuntwiderstand = 0,2 Ohm
• Endschalter angeschlossen und Config von Gbrl angepasst (siehe unten)
• Rauchabsaugung mit 2x PC-Lüfter 80mm + 3D gedrucktem Adapter + Staubsaugerschlauch zum Fenster
• Web-Interface aktuell noch online Login

Todos:

• Login zum Web-Interface zufügen
• Fenster oben im eLAB entfernen
• Fenster durch Platte mit Isolierung ersetzen
• Stromversorgung über Lasercutter-Netzteil
• Sicherheitsschalter (Tür und Notaus) integrieren. Vorschlag: 2 Level-Security: 1x wo aktuell der Laser-Schalter (P+ zu G) angeschlossen ist über Türkontakt zusätzlich unterbrechen und 1x über Gbrl
• In Kreis zwischen P+ und G können weitere Unterbrecher eingefügt werden: z.B. unterbrechen, wenn Kühlung/Lüftung nicht an ist
• Ansteuerung des Lasers Über Test-Switch An(K+ zu K-(GND) kurzgeschlossen)/Aus (Open)
• Leistung des Lasers über PWM an IN-Pin
• Steuerung der Kühlung + Absaugung. Vorschlag: Coolant Enable-Pin für beide verwenden.
• Innenbeleuchtung installieren und anschließen. Vorschlag vorerst ungesteuert --> Wenn Spannung an, dann Licht an.
• Ansteuerung über LaserWeb Frontend

Aktuelle Config:

$0=10
$1=25
$2=0
$3=0
$4=0
$5=1
$6=0
$10=1
$11=0.010
$12=0.002
$13=0
$20=1
$21=0
$22=1
$23=1
$24=100.000
$25=1000.000
$26=250
$27=1.000
$30=1000
$31=0
$32=1
$100=160.000
$101=160.000
$102=160.000
$110=24000.000
$111=24000.000
$112=24000.000
$120=1000.000
$121=1000.000
$122=1000.000
$130=300.000
$131=220.000
$132=50.000

Variante B Marlin:

• Marlin für K40
• K40-RAMPS-Conversion
• Inkscape Plugin

Hardware

Original Hardware

Schnittstelle zwischen Laserstrahlpositionierungseinheit und Steuerplatine

Ribbon cable CONN FFC 12POS 1.25MM

Neue Hardware

neue Arduino basierte Steuereinheit

Variante A:

• Arduino Mega2560
• CNC Shield

Variante B:

• Arduino Mega
• RAMPS 1.4 Shield
• RepRap Discount Smart Controller LCD, Drehencoder, SD-Card (optional)
• K40 RAMPS Conversion

Link Sammlung zum Umbau

• http://3dprintzothar.blogspot.com/2014/08/40-watt-chinese-co2-laser-upgrade-with.html
• https://github.com/robotfreak/buildlog-lasercutter-marlin
• https://k40laser.se/
• http://donsthings.blogspot.com/2016/11/the-k40-total-conversion.html
• Erdungs Probleme
• Stromversorgung Upgrade

TODO

• WIKI Seite weiter vervollständigen

https://trello.com/c/td0hgULM/11-bodo-laser-cutter-umr%C3%BCsten

Priorisierte Liste

Version 1: Minimalversion, benutzbar für Experten

• Sicherheit
  • Laser ein == Tür zu
  • wenn Laser-Job gestartet, dann Pumpe an + Absaugung an
  • wenn Maschine eingeschaltet, dann Licht im Innenraum an

Version 2: mehr Sicherheit

• Sicherheit
  • Not-aus Button, d.h. wenn gedrückt, dann
    • Laser aus
    • Tür auf
    • Alarm Sound
• Komfort
  • Webcam montieren im Innenraum (am Kopf?)

Version 3: Bedienfehler verhindern

• Sicherheit
  • Temperatur der Laser-Röhre messen und entsprechend den Betrieb gar nicht starten
  • Rauchmelder?
• Komfort

Version ....

• Komfort
  • Licht ansteuern
  • Display
  • Z-Tisch
  • Objekt-Dreh-Einheit (Flasche, Glas, Nudelholz)
  • geschlossener Kühlkreislauf mit Radiator?