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Bauanleitung - Eigenbau 80W CO2 Laser Cutter Maschine

Bauanleitung CO2 Laser

CO2 LaserEigenbau 80W CO2 Laser Cutter Maschine

Ich habe mit dem 40W China Laser die ersten Erfahrungen gemacht. Aber schon schnell kommt man an seine Grenzen. Arbeitsraum ist mir zu klein und mehr Arbeitsfläche kriegt man nicht mehr in das vorhandene Gehäuse. Auch mit den 40W Leistung kommt man irgend wann an das Limit. Da die China Laser über kein gültiges CE Zeichen verfügen,  möchte ich das Risiko wegen der Einfuhr in die Schweiz nicht auf mich nehmen. Also habe ich mich entschieden einen eigenen CO2 Laser zu bauen. ich weiss es ist sicher günstiger ein fertiges Modell zu kaufen. Aber wer die chinesische Qualitätsarbeit konnte mich bis jetzt noch nicht überzeugen.

Nach einiger Recherche bin ich auf eine Bauanleitung gestossen die mir gefallen hat. Ich werde das Modell grundsätzlich übernehmen jedoch gleich etwas breiter bauen damit er auch mit einer 80W Röhre ausgestattet werden kann. Dadurch wird auch der Arbeitsbereich auf ca 400 x 850mm erweitert.
Netzeile usw werde ich alles auf 100W auslegen. Als erstes wird aber eine vorhandene 40W Röhre reichen müssen.

Die Videos die man auf YouTube findet sind leider nur sehr oberflächlich gehalten und gehen nicht in die Details ein. Daher habe ich meine Erfahrungen bei Bau meines C02 Lasers in dieser Bauanleitung zusammen gestellt. Alle Angaben sind jedoch ohne Gewähr und sind noch zu überprüfen.

 

Konstruktion und Aufbau

 Laserrahmen aus Alu ProfilenRahmen aus Alu Profilen

Achtung beim beschaffen der Aluminium Profile. Es gib verschieden Typen davon B-Typ und I-Typ. Vereinfacht gesagt ist der B-Typ kompatibel mit allen Bosch/Rexroth Profilen während der I-Typ kompatibel mit allen Item Profilen ist. Grundsätzlich können beide Profile verwendet werden. Die Gleiter und das Zubehör sind jedoch unterschiedlich und passen nicht für beide Profile

Alu Profil B TypAlu Profil B-Typ  Alu Profil I TypAlu Profil I-Typ

      60W 80W
  PROFILE     plus 250mm
  Stk. (Lineartechnik)        
Querschnitt       Länge [mm]     Länge [mm]    
0        2 20x40 600 850
1 2 20x40 600  
2 2 20x40 400  
3 1 20x40 680 930
  Stk. (Rahmen)      
4 2 20x40 467 717
5 5 20x40 420  
6 1 20x40 303  
7 1 20x40 170  
8 2 20x40 440  
9 1 20x40 1100 1350
10 2 20x40 600  
11 1 20x40 667 917
12 1 20x20 120  
13 1 20x20 90  
14 1 20x20 343  
15 4 20x20 600  
16 4 20x20 460  
17 3 20x20 1100 1350
  Stk. (Klappe)      
18 2 20x20 400  
19 2 20x20 665 915
20 2 20x20 120  
21 1 20x40 665 915
         
         
         

  

Als erstes habe ich mir einen Auszug der Alu Profilen erstellt. Diese Aluminium Profile bestelle ich auf die exakte Länge. Meterware ist sicher noch etwas günstiger aber die richtige Säge muss einem auch zur Verfügung stehen. Als Eckverbinder werde ich Standard Alu Winkel anstelle der gedruckten Winkel. Diese haben sicher eine höhere Festigkeit und haben eine Nutführung, die ein verdrehen der Profile verhindert.

Alu Profileabgelängte Alu Profile  Vorgefertigte Alu Eckwinkel für 20x20 ProfileEckverbinder aus dem 3D-Drucker

3D-Druck Formteile

Eckverbinder 3D DruckEckverbinder aus dem 3D-Drucker

Jetzt müssen alle Formteile gedruckt werden.Ich verwende hierfür PET-G. Es ist etwas robuster als PLA und doch noch einfach zu drucken. Die Formtele aus dem Bauplan auslösen und mit dem Slicer ein g-code erzeugen. Danach geht es zum 3D Druck. Es werden etliche Stunden dafür benötigt bis alle benötigten Teile gedruckt sind
Die Halter für die Trapezgewindespindeln musste ich noch etwas anpassen damit die mitgelieferten Messing Muttern verwendet werden konnten und keine zusätzlichen Teile beschafft werden mussten.

Halter TrapezspindelHalter für Trapezspindeln  Druckteile LasertischTeile aus dem 3D Drucker

 

Die Klappe:

Klappe ArbeitsraumKlappe Arbeitsraum mit Gasdruckfedern  Gasfeder Arbeitsraum-KlappeGasfeder

Ich habe noch einen Endschalter an der Klappe montiert und diesen in den Sicherheitskreis eingeschlauft. Der Sicherheitskreis umfasst z.Z folgende Überwachungselemente.
- Not-Aus
- Endschalter Klappe
- Flow Sensor im Wasserkreislauf

Das ganze natürlich wie es sich für Sicherheitsschaltungen vorgeschrieben ist wird Drahtbruchsucher ausgeführt das auch bei einem Unterbruch in der Verdrahtung der Stromkereis unterbrochen wird und das Lasernetzteil ausschalten. Die übrigen Komponenten wie Steuerung bleiben weiterhin in Betrieb.

 

 

 

 

Die Lineartechnik und Z-Achse

Lienarschienen MGN12HLinearschienen MGN12HFür die X-Achse wird eine, für die Y Achse zwei Lineareinheiten benötigt. Es gibt davon 2 Ausführungen MGN12 und MGN12H. Die letztere hat einen etwas breiteren Fahrwagen. Die Längen hängen natürlich von der Breite und Länge deines Lasers ab. Für die Standard Version  werden 2 Schienen mit einer Länge von 450mm und eine Schiene mit 650mm benötigt. Hast du den Laser skaliert müssen diese Längen natürlich dementsprechend angepasst werden.

 

 

 

 

 

Wespe imagesLineartechnik und Z-AchseKorrektur X AchsePassstücke Korrektur X AchseBeim Zusammenbau der Lineartechnik bin ich auf ein kleines Problem gestossen. Das Quer-Profil Nr.3 der X-Achse war um ein paar Millimeter zu kurz. Ich habe noch nicht überprüft ob der Fehler in der Alu-Stückliste liegt oder ob das Profil zu kurz geliefert wurde. Ich habe kurzerhand ein Passstück auf dem 3D ausgedruckt. Dieses kann in der Z-Achse auf jeden Wert skaliert werden. So habe ich beidseitig ein Passstück eingebaut.

 


 

 

 

Der Lasertisch - Z-Achse:

Z-AchseLasertisch Z-AchseDie Z-Achse ist für die Höhe zuständig. Das heisst der Tisch kann nach oben und unten gefahren werden. Somit können auch grössere Kisten in der Laser eingelegt werden und der Fokus kann mit dem Tisch wieder optimal eingestellt werden.

 

 

 

 

 

12mm Präzisionswelle12mm PräzisionswelleLinearkugellagerLinearkugellagerDer Arbeitstisch wird über vier 12mm Präzisionswelle geführt. Für die nötige Stabilität sorgen die vier Linearkugellager

.

 

 

 

 

 

12mm Präzisionswelle8mm TrapezspindelMit zwei Nema17 Steppermotoren werden die Trapezspindeln über einen Zahnriemen angetrieben und der Arbeitstisch kann angehoben bzw. abgesenkt werden.   

.

 

 

 

 

 

 

Steppermotoren und Treiber

Steppertreiber X & Y Achse

Für die X und Y Achse wird ein Close-Loop Steppermotor  und ein passender  Steppertreiber HB808C verwendet. Warum Close Loop und kein herkömmlicher Schrittmotor?
Close Loop Schrittmotoren haben zusätzlich eine Überwachung der Steps. Close Loop Schrittmotoren haben kürzere Beschleunigungszeiten, da auch bei hohen Drehzahlen ein hohes Drehmoment erreicht wird
und eine Präzise Positionierung durch Kontrolle und Korrektur. Schrittverluste werden mit dem Steppertreiber überwacht und gleich korrigiert.

 

HB808C 

Steps HB808C

SW5 SW6 HB808C

Mit dem Dip-Switch SW5 kann die Drehrichtung des Motors geändert werden

Close loop Motor switch 

Anschluss Steppermotor (Angabe Hersteller)

Hier zeigt sich wieder mal die chinesische Qualitätsarbeit. Die mitgelieferten Unterlagen zu den gelieferten Komponenten stimmt bei weitem nicht überein.
Zuerst hat immer die rote Staus-LED 7x blinkt, was einem "Position Following Error" entspricht. Daher habe ich die Anschlüsse nochmals überprüft und schlussendlich
etwas geändert angeschlossen. 

Close Loop Motor Wiring

Anschluss Steppermotor (verdrahtet)

A+ green
A- black
B+ red
B- blue

 

Drahtfarben Entcoder Feedback (Angaben Hersteller)

Close Loop Motor Wiring Diagramm

Drahtfarben Entcoder Feedback (verdrahtet)

pin diagram color Angaben Hersteller Color (Soll)
1 EB+ yellow black
2 EB- green blue
3 EA+ black yellow
4 EA- brown green
5 VCC red red
6 GND white white

 

HB808C angeschlossenSteppertreiber HB808C angeschlossen

 

Motor Parameter

Close loop Motordata

Produkt modell: 42-HB250-40B
Schritt Winkel (grad): 1,8
Motor länge: 60mm
Strom: 1.5A
Halten drehmoment: 0.4N.m
Eingang: 12-60VDC
Max statische moment: 0.4kg.cm

 

Steppertreiber Z Achse & Rotary

Für die Z Achse verwende ich 2 normale Nema 17 Motoren. Die beide Motoren der Z-Achse betreibe ich mit einem Treiber einen zweiten Stepper Treiber baue ich bereits für die Rotary Einheit ein. Mit einem Umschalter kann ich die Treiber der Y-Achse und der Rotary Einheit umschalten.

17HS8401-S 48mm Nema 17 Schrittmotor 42 Motor 42BYGH 1.8A 52N.cmNema17 Schrittmotor

Spezifikation Stepper Motor:

Modell 17HS8401-S
Typ Hybrid
Phase 2
Spannung DC 24-50V
Ampere 1.8
Schrittwinkel 1,8 °
Motorgrösse 42 *48 mm
Welle "D" Welle 21 x ~ 5 mm
Auslaufweg "4" Steckerleitung
Motor führt Dupont-Linie (1M)
Adapterlaufwerk Zweiphasiger Schrittantrieb
Umfang 3D-Drucker, Monitorausrüstung, Medizinische Maschinen, Textilmaschinen,
Verpackungsmaschinen, Bühnenbeleuchtung, Lasergravur, Automation
Ausrüstung, Nicht-Standardausrüstung, Bestückungsmaschine ect.

Elektronische Spezifikationen:

Modelll Nr. Schrittwinkel Motor Länge Bewertet
Aktuell
Widerstand
/Phase
Induktivität
/Phase
Haltedrehmoment Festnahme
Drehmoment
Trägheit von
Rotor
Führen
(°) (L) mm (EIN) (Ω) (mH) (N.cm) (N.cm) (G. cm²) (Nein.)
17HS8401-S 1.8 48 1.8 1.8 3.2 52 2.6 68 4

 

DM556Stepperteiber DM556

Der Nema 17HS8401-S hat einen Schrittwinkel von 1.8 Grad. Das heisst das er 200 Steps benötigt für eine Umdrehung Warum 200 ?
Eine Umdrehung hat bekanntlich 360° Der Motor hat einen Schrittwinkel von 1.8° => 360/1.8 = 200 Steps. Mit dem Stepopertreiber können die Steps noch in Microsteps eingeteilt werden.
mit der Einstellung ON-OFF-ON-ON = 4 werden aus den 200 Steps => 800 Microsteps.Oder anders gesagt je höher Microsteps desto langsamer dreht der Stepper Motor.

Die Microsteps werden mit den DIP Switch 5-8 eingestelltDie Microsteps werden mit den DIP Switch 5-8 eingestellt

motor Currentder Motorenstrom wird über die Switch 1-3 eingestellt

Anschluss Steppermotor

Close Loop Motor Wiring

 

 

Netzteile und Laser Röhre

Netzteil Steuerung DC 24V 15A & DC 48V 10A

Dieses Netzteil versorgt die gesammte Steuerung mit 24V Gleichstrom. Nach den ersten Versuchen und der Durchsicht der einzelnen Manuals habe ich mich entschieden die beiden Cloos Loop Stepper mit 48VDC zu betreiben. Dies wird im entsprechenden Manual so empfohlen. Also habe ich noch ein weiteres Netzteil mit 48V DC eingebaut

24VDC 15A

Netzteil Laserröhre

Netzteil Lasertube  LCD A Meter

Ich habe mich für ein Cloudray 80-100W Netzteil entschieden. Es sind aber praktisch alle Netzteile mit den selben Klemmen ausgestattet. Den 230VAC Anschluss und die Steuerklemmen. Diese habe ich mit unterschiedlichen Beschriftungen gefunden.

Laser NetzteilAnschlüsse Laser Netzteil mit Dip-Switch LCD AnzeigeLCD Display mit Potentiometer

Das separate LCD Display liefert gleich die aktuelle Stromstärke und einige Zustandsanzeigen des Netzteiles.  Neben dem Anschlussklemmen ist noch ein kleiner Dip-Switch zu finden. Ist der Schalter "rechts" kann mit dem Potentiometer die maximale Stromstärke eingestellt werden. Ist der Switch "Links" hat das Potentiometer keine Funktion mehr. Die Leistung wird via Software an das Netzteil weitergegeben. Die Anzeige mit den Infomationen ist aber weiterhin ersichtlich

Klemme am Netzteil    Klemme am Ruida Controller
5V Output Power    
IN Input Signal 0-5V     - L-AN1
G = Signal Ground       - GND
W (WP) = Water Protection    
L (TL) = Switch Laser Activ Low     -       LON1
H (TH) = Switch Laser Activ High    

Die  Klemme W(WP) kann als Sicherheitskreis eingeschlauft werden. Ich hab hier einen Not-Aus Schalter und es wird noch ein Endschalter an der Klappe eingebaut.
s kann aber auch ein Kontakt eines Chillers angeschlossen werden damit der Laser nur läuft wenn diese Sicherheitsrelevanten Kontakte geschlossen sind. Wird dies nicht verwendet
ist eine Brücke zwischen die Klemme G und W einzulegen.

Die Halterung

Laser Tube Halterverstellbare Halter für die Laser Röhre aus dem 3D Drucker

Die Laserröhre / Lasertube

Laser Tube HalterLaser Tube Typenschild

Laser Tube eingebaut

Ruida RDC6445G - RDC6445S Controller

Ruida Controller RDC644XG-A

Ruida RDC644XG A

 

Controller Model

Ruida Bedienpanel

Panel RDC

 

Das Anschluss Schema

Schema

 

Anschluss Steppertreiber

Die Steppertreiber werden an die entsprechenden Klemmen angeschlossen

Axis-X an die Klemmen 1,2,3         Achse in X Richtung (Breite)
Axis-Y an die Klemmen 4,5,6         Achse in Y Richtung (Tiefe)
Axis-Z an die Klemmen 7,8,9         Arbeitstisch Höhe

Anschluss Steppertreiber

 

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contact@cigarbox-guitars.ch
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