Lasergraveringsmodul til cnc-fræseren

2015-03-01 17.09.31I 2013 hægtede jeg mig på et Kickstarterprojekt – Microslice (link). Microslice er en laser graveringsmaskine. Jeg købte “PowerUp” versionen med en 600 mW rød laser. Den har et lille fint x-y-bord på ca. 10×15 cm. Den er helt super til at gravere læder og træ. Den kan skære papir og 2 mm skum – men så er grænsen også nået…

Men 600 mW optisk effekt og skære i papir er jo ligesom kun lige nok til at gøre mig nysgerrig :-). Samtidig er de 10×15 cm lidt småt – når jeg nu alligevel har cnc-fræserens x-y-bord tilgængelig. Såeeee… Mer’ vil have mer’…

Laserdiode

En lasers effekt opgives som “optisk” effekt. Grunden til at det har betydning er at at der går en hel del effekt tabt i varmetab i diode og linse.

Der findes forskellige typer af lasere. De kraftige lasere i professionelle laserskæremaskiner er af typen CO2-lasere. De er ret dyre og kræver selvsagt store strømforsyninger. Og ikke mindst store sikkerhedsforanstaltninger.

De mindste professionelle laserskæremaskiner har en 20W laser. Det er nok til at skære omkring 3mm krydsfiner og 8mm akryl.

En mere moderat og tilgængelig klasse af lasere er LED-lasere. Altså kraftige lysdioder som er fokuserede og yderligere fokuseres med en linse. Med en blå LED-laser på et par Watt bør det være muligt at skære 1-2mm krydsfiner og 1-2mm akryl.

Der findes lasere med alverdens forskellige bølgelængder. Bølgelængden kan konverteres til en farve (for de synlige bølgelængder) som det ses her:

Lys ved forskellige bølgelængder har forstellige evner til gravering og skæring. Det siges at en tommelfingerregel er at højere bølgelængder er bedre til at skære… Blå skulle være den dårligste da den har en firkantet stråle mens grøn skulle være bedre da den har en fokuseret rund stråle. Desværre er det svært at skaffe kraftige røde dioder. Grønne har jeg slet ikke set – så hvis man skal op i effekt er det de blå man ender på… Og så er jeg lige nødt til at fyre en disclaimer af… Min viden er baseret på yderst tvivlsomme kilder i de skumleste afkroge af nettet 🙂

Hvis man skal skære skal emnet være i stand til at opsuge energien – og ikke reflektere den. Matsort overflade er optimalt. For at sikre at temperaturen kommer højt nok op til at smelte / brænde emnet skal emnets varmeledningsevne være lav. Og så skal strålen selvsagt være meget fokuseret.

laserJeg fandt en 1.8W 445 nm (blå) laser på ebay. Den kan vist ikke fås længere – linket er dødt (dette link er til en der ligner…). Til gengæld har en kollega netop købt en 3W blå laser… Jeg er en lille bitte ubetydelig smule misundelig 🙂

Linsen har ret meget at sige for den optiske effekt – altså hvor meget af den optiske energi der når ned i emnet. Linserne klasificeres G1, G2 eller G3. G1 er det bedste – og dyreste. Jeg valgte en model med G2-linse.

Desuden har det ret stor betydning om laseren er en A-sortering eller en uspecificeret. De usorterede yder ofte markant under den specificerede optiske effekt (skriver mange på nettet).

Jeg købte et komplet modul med laser, linse og hus for at være sikker på at delene passer sammen, er aligned og fokuseret korrekt.

Laseren kan levere 1.8W optisk energi – og får man fat i et datablad vil det fremgå hvordan man omsætter diodestrømmen til optisk energi. Det er desværre ikke tilgængeligt på den jeg har købt. I stedet er der en række skærmbilleder hvor man kan se den målte optiske energi og den tilsvarende strøm… Ikke særligt professionelt… ved 1.8W optisk ser det således ud som på billedet her – altså 1.6A og 4.7V spændingsfald.

Beskyttelsesbriller

Beskyttelsesbriller er vigtige… meget vigtige…

Øjne kan ikke holde til ret meget lys. På Wikipedia er der en artikel om netop det (link). Øjnenes evne til at modstå lys varierer med bølgelængden og hvor længe øjet er udsat for påvirkning. Det måles i MPE (maxiumum permissable exposure) som eksempelvis kan udtrykkes i W/cm2 i forhold til tiden i sekunder som det ses i grafen. Lad os tage en 0.6W laser der er defokuseret så den dækker 1 cm2 (diameter på ca. 1,1cm). det betyder at der er 0,6W/cm2. Med en 440 nm laser kan øjet holde til det i rundt regnet 1us (microsekund) – altså i et milliontedel af et sekund! Hvis vi vender det om og spørger hvad øjet kan holde til hvis man er udsat for det i et halvt sekund – så er det ~5mW/cm2.

Så – med en 1.8 W laser der er fokuseret på måske 0.1 cm2 så skal man kort og godt sørge for at den aldrig kommer i nærheden af øjnene! I parantes bemærket så skal den sådan set heller ikke i nærheden af andre dele af kroppen…. Den kan give nogle fæle forbrændinger.

Reelt er det heller ikke direkte lys jeg er nervøs for. Det der er mere reflektioner. Der er meget metal i fræseren og rammer laseren et stykke nogenlunde blankt metal så kunne man godt frygte at det ikke var helt ufarligt at få det i øjnene. Der er dog flere formildende faktorer. Dels afsættes en del af energien i det den rammer – der er ingen optimale spejle så en stor del af energien går tabt der. Dels er overfladerne ikke polerede hvilket betyder at strålen vil spredes hvilket reducerer effekten per areal. Endelig er jeg normalt mindst 50 cm væk – ofte mere. På den afstand er spredningen ret stor – så der er ikke meget energi tilbage i lyset. Det ændrer dog ikke noget ved at man under uheldige omstændigheder kan risikere en koncentration der er højere end det øjet kan holde til.

Og det er her sikkerhedsbriller kommer ind i billedet.

Det bedste er at finde nogle briller er godkendt efter EN207 eller ANSI Z 136. Forudsætningen er dog at man finder en leverandør man kan stole på. Faktoren OD – optical density – fortæller hvor kraftig en laser brillerne kan blokere for (link). OD beskrives også som “Ln” hvis der specificeres efter den europæiske standard. I den europæiske standard skelnes desuden mellem continuous (markeret med “D”), pulsed (markeret med “I,R”) og ultra short pulses (markeret med “M”). OD kan omsættes til den maksimale effekt brillen kan beskytte mod. Denne beregning afhænger af hvilken båndbredde og lysmønster brillen skal beskytte mod. For continuous blå lasere omkring 450 nm gælder:

P = 1×10OD+1 W/m².

Så en brille med OD6 kan beskytte mod et direct hit fra en 10 W laser der er fokuseret på 1 mm2. OD5 kan til gengæld klare det samme for en 1W laser.

Der mange der skriver at de kinesiske briller reelt ikke lever op til de sikkerhedskrav standarderne stilles. Hvilket uden tvivl er rigtigt. Hvis man køber billige briller bør man måle laserens optiske effekt – og så sætte brillerne ind foran. Målet må være at ingenting slipper igennem – så vil man kunne klare et “direct hit” hvis uheldet skulle være ude… Desværre er det ret dyrt med grej til at måle optisk energi.

Man kan også vælge at købe briller som andre har testet. At stole på en test på nettet kan dog være problematisk da resultatet reelt kun kan bruges for det samme produktionsbatch som den testede brille…

Jeg købte briller på ebay inden jeg var opmærksom på detaljerne i specifikationerne (de er desværre ikke tilgængelige længere). De hører til i Kina-kategorien og er rated til OD5. Selv hvis de reelt lever op til OD5 er det ikke nok da laseren er på 1.8W. Så direkte skud ikke nogen god ide!

Jeg har forsøgt at skyde på min finger gennem glasset – og jeg brændte mig ikke men glasset blev efter kort tid ødelagt i den prik jeg sigtede på. Meeen – det er jo reelt en ubrugelig test for fingrene kan tåle meget mere end øjnene.

Da godkendte briller fra en anerkendt europæisk leverandør koster over 1000 kr har jeg valgt at leve med dem jeg har købt ind til videre. jeg vil dog begynde at kigge efter et par briller af anerkendt fabrikat – og se om ikke jeg kan finde et par til en lidt mere spiselig pris.

Driver

Laser-diode-driver-0-5A-100kHz-ANALOG-TTL-405nm-445nm-635nm-650nm-808nm-3-3-12VDriveren købte jeg på ebay (link). Det er en 0-5A justerbar driver og detaljer findes her: link. Den forsynes med 3-12 V DC. Maksimal-strømmen justeres på et potentiometer og man kan på en indgang justere mellem 0 og 100% enten ved at pulsbreddemodulere indgangen eller ved at sætte et 0-5V signal på.

Imax justeres på det lille multiturn potentiometer. Man skal være meget opmærksom på ikke at skrue for højt op da det går meget hårdt ud over laserens levetid. Det anbefales at bruge en række dioder i serie (så spændingsfaldet matcher diodens) mens man justerer. Derved kan man justere i ro og mag før man sætter den følsomme diode på. Husk at måle strømmen på diode-siden.

Forsyningen til driveren beregnes som:

Vin-min = 0,2* I + Vd


Med 4.7V over dioden ved en strøm på 1.6A fås Vin-min til 5.02V. Meeeen – en test med 5V på driveren viste at den kun kunne levere 1.2A… Så jeg skiftede til 12V og vupti virkede den som den skulle… Jeg satte et potentiometer på justeringsindgangen (0-5V) så jeg kan justere strømmen til laseren. Det har vist sig ret praktisk – især til gravering af eks. læder hvor fuld power kræver at x-y-bordet skal bevæge sig i urealistisk høje hastigheder.

Capture

Effektafsættelsen i lysdioden samt ditto i driveren skal jo bortskaffes – og ved 1.8W optisk afsættes der P=4.7V*1.6A-1.8W=5,7W i laserdioden. Bemærk at den optiske energi leveres via lyset til destinationen – så det bliver ikke til varme i laseren. Resten af spændingen (op til 12V) ligger over driveren så der afsættes P=(12-4.7)*1.6A=11,7W.

Samling…

20150627_172202Med stumperne og sikkerheden på plads er næste skridt at få det hele sat sammen. Jeg ønskede mig noget der kunne monteres i cnc-fræserens spindel og styres fra MACH3.

Jeg fandt et køleprofil fra en gammel CPU-blæser og borede et hul til laseren. Driveren monterede jeg på en lille vinkel med driverens fet transistor ned på kølepladen.

20150627_17245120150627_172213Jeg lavede et kabel ned til styreboksen hvor strømforsyningen også er placeret så det hele er fleksibelt.

Styring og software

CaptureNår man har et stykke vectorgrafik som man gerne vil gravere, så kan man bruge Inkscape med en lasergraveringsplugin. Der er lavet en særlig plugin til microslice – Det virker ret fint når man først har lært det at kende. Der er en del guides på microslice forum’et (link). Der er dog tre vigtige punkter… Størrelsen er 1:1 – så mål alting op i mm og ikke pixel eller andet. Desuden så er referencen (0,0) placeres fast i nederste venstre hjørne af arbejdsarket. Endelig så skal alle former laves om til stier – brug “Object to path” funktionen i “path” menuen.

Microslice graveringsmaskinen er baseret på Arduino board med GRBL-software (link). Der er dog lavet en speciel version til Microslice hvor z-aksen er sat ud af drift. Den kan også findes på LittleBox’s forum: link.

GRBL er et stykke embedded software der oversætter G-koder til x-y-z-koordinater. Den supporterer end-switches og er alt i alt ret gennemarbejdet. 2015-03-01 17.09.53Man sender g-koden ned til controlleren via en seriel forbindelse med et stykke software der kaldes en G-code sender. Der er forskellige muligheder og som en del af mine forsøg på at få gjort systemet stabilt købte jeg “picsender” (link) – men reelt tror jeg GRBL controller (gratis) som blev anbefalet er helt fin. Problemet viste sig nemlig at være en semi-defekt USB-port. Det tog lidt tid at finde den fejl… Desværre er GRBL controller vist stoppet fra leverandørens side – alle links er døde. Men Universal G-code sender skulle være et alternativ – som jeg dog ikke har testet (link).

Meeen – nu er der jo det ved det at jeg bruger MACH3 i fræseren. Outputtet fra Inkscape plugin’en er jo G-kode så det burde bare virke… Men G-kode der kommer ud af laserengraving plug-in’en er altså ikke kompatibel med MACH3. Efter nogle forsøg lykkedes det at fikse det:

1. kør laser engraving plugin
2. slet alle linjer med $
3. tilføj G91.1 efter G90 i toppen af filen (relative ijk ved g2/3)

Jeg endte med at ændre i plug-in’en så den ikke udskriver linjerne med $ og tilføjer G91.1 i toppen.

taaadaaah… it works…

Mit første forsøg på microslice:

20151220_173644

Og til enden af min (vores :-)) whisky tønde:

2015-03-17 18.36.59

Og en kasse til en oprykningsbog til spejderne:

20150805_174733

Hva’ ka’ den så?

Nå – men nu er laseren monteret og testet – men hvad kan den så… Altså hvad kan den skære? Jeg har lavet nogle forsøg med 1mm læder,

Materiale status billede
1mm læder 2 passes
ok
 20151225_163401
0.6mm pap (grå) 3 passes
ok
 20151225_171339
2mm pap (grå) 5 passes
ikke ok
 20151225_172305
3.5mm bølgepap 3 passes
ok
 20151225_164334
3mm masonit 5 passes
ikke ok
 20151225_165127
2mm akryl (grå) 
5 passes
50mm/s
ikke ok
 20151225_170639

Så… med andre ord – cutting potential er ret begrænset med 1.8W optisk effekt…




Crowdfunding…

Hmmm – crowdfunding – knap-så-nyt-og-spændende længere… Vi er kommet over nyhedens første interesse – og er ikke længere helt så tolerante overfor projekternes mere eller mindre vilde løfter og manglende indfrielse af disse.

Eller også…

Jeg er i hvert fald ikke helt kureret 🙂

Bbbbut WHY… Hvorfor risikere sine kære sparepenge på et mere eller mindre håbløst projekt der køres af nogle mennesker der med stor sandsynlighed ikke kan leve op til det de lover…? For mit vedkommene tror jeg at det er lige dele af nørd-gen og sympati med iværksætterne.

Min baggrund i Amfitech (konsulenthus) hvor jeg primært arbejdede med  iværksættere har givet mig et perspektiv på hvor svære deres kår er. De fortjener al mulig støtte – for det er dem der skal skabe fremtidens jobs. Både herhjemme og i udlandet.

download

 

Der er flere paltforme for crowdfunding – jeg har indtil nu kun benyttet Indiegogo og Kickstarter – og ved egentligt ikke hvilke andre der findes… Jeg kan ikke rigtigt sige at der er forskel på dem set fra min stol – men har læst et eller andet sted at kickstarter er bedre på det amerikanske marked…?

indiegogo logo

Jeg har indtil nu støttet en del mere eller mindre tvivlsomme projekter – men har dog været heldig at der ikke er nogen af dem der er gået på halen endnu.

Desværre er der kun et enkelt af projekterne der er dansk funderet – Airtame. Alle de andre er udenlandske…

Indiegogo

The Minuum Keyboard Project

Mit allerførste crowdfundede projekt… Et on-screen keyboard der ikke fylder hele skærmen og bruger intelligente metoder til at gætte hvad du skriver. Et fedt projekt – desværre er det stadig (efter flere år) ikke kommet på dansk. Men firmaet eksisterer endnu og kommer løbende med opdateringer.

AIRTAME: Wireless HDMI for Everyone.

Airtame er et dansk projekt – og kampagnen på Indiegogo var fabelagtigt godt gennemført med løbende stretch goals og markedsføring. De forstod virkelig at motivere dem der støttede dem til at bringe hele deres netværk med…

Og – bortset fra de evindelige forsinkelser der følger med alle projekterne – så har de nået målet… Sådan da… En del af supporterne har ikke rigtigt været så begejstrede for det kursskifte de lavede undervejs – at flytte fokus fra målgruppen under kampagnen – private – over til det professionelle marked. Det har de fået en del stryg for. At det så forretningsmæssigt er en rigtigt god ide er en helt anden sag. Man skal ikke gå head-on med Googles ChromeCast. Godt set – men selvsagt føler støtterne sig ført bag lyset.

Jeg har selv installeret mine enheder på Lodam (hvor jeg arbejder) – og har introduceret nogle få medarbejdere til systemet – så de kan være med til at teste. Og efterhånden begynder softwaren at nærme sig et niveau hvor jeg kan tillade mig at præsentere brugerne for det… Og – det virker faktisk fornuftigt. Jeg har ikke de store erfaringer med streaming af lyd og billede – og det får de stadig en masse skældud for. Også latency mellem pc og tv får de tæv for. Det kan nok ikke gøres meget bedre så længe de streamet hele billedet – men måske kunne de lave noget der minder om det man gør ved remote desktopløsninger – altså sende musens position særskilt og så tegne den i destinationen. Jeg har foreslået det – så måske er det med på ønskesedlen…

Nextear – The worlds smartest wireless earphones

Nåe ja… Efter jeg havde støttet “Hush” (se nedenfor) og opdagede at de nok ikke helt var de bluetooth ørepropper jeg havde forestillet mig 🙂 – ja så faldt jeg over NextEar – og de matcher præcis det jeg synes er fedt. Små og genopladelige og supernemme at bruge :-). Altså i følge præsentationsvideoen…

Endnu er de bare forsinkede – men der kommer jævnlige opdateringer og forklaringer – så jeg glæder mig til at se om de kommer inden jul…

Fund the world’s only manned amateur space program

Dette projekt kommer der uden tvivl en selvstændig blog om en dag… Det er Copenhagen Suborbitals – Danmarks amatørrumprogram… De lavede en funding kampagne for at få kapital til den affyring der skulle være lavet fra Østersøen her i efteråret 2015. Desværre er launch udsat til foråret på grund af forsinkelser med tilhørende dårligt vejr…

Kickstarter

The MicroSlice | A Mini Arduino Laser Cutter & Engraver.

The Microslice er et lille x-y bord med tilknyttet 600mW laser. Den kan skære 2mm skum og papir – og gravere alt muligt andet – dog ikke stål/alu.

Det var et mareridt at samle produktet – der i øvrigt var planmæssigt forsinket. Men det lykkedes og den kører fint og gav mig blod på tanden til at bygge laser-graverings-maskine 2.0 – eller rettere bygge et graveringshoved til min CNC-fræser… Mere om det i en anden blog.

The Peachy Printer – The First $100 3D Printer & Scanner!

Peachy 3d-printeren er en SLA-printer. Og hvad pokker betyder det… Ja der er forskelige typer af 3d printere:

  • SLA: Stereolithography – væske der hærdes med en laser
  • SLS: Selective Laser Sintering – pulver der smeltes med en laser så det hærder op hvor det har været smeltet.
  • FDM: Fused Deposit Modelling – plastiktråd der smeltes og presses ud i små dråber som i en ink-jet printer

Så – Peachy er en printer der hærder en væske med en laser. De har fundet på et koncept hvor de sparer den ellers så dyre spindel med stepmotor på z-aksen. Det klarer de ved at dryppe saltvand (der er tungere end den lysfølsomme væske) ned i karret. Derved stiger vandstanden så det næste lag kan hærdes. Genialt – men ikke uden udfordringer. Især fordi mekanismen til at styre laseren også skal være billig – så den består af to små spejle der er ophængt i elestikker og andet kreativt… Projektet er omkring et år forsinket – men designet er nu på plads og vi venter på at de sidste stumper leveres. Også softwaren skulle være godt undervejs. Såeeee – måske i løbet af de næste par måneder…

Hush | The World’s First Smart Earplugs

Som nævnt ovenfor er dette projekt nok lidt en nitte… Det er nogle ørepropper der kan spille musik på et indbygget kort – eller bare maskere partnerens snorken. Hvis jeg er heldig kan jeg sælge dem til konen så hun kan få nattesøvn trods mine forsøg på at lyde som et savværk…

Tiko – The Unibody 3D Printer

Og… mens jeg venter på Peachy kunne jeg ikke stå for denne FDM-printer. FDM – Fused Deposit Modelling. Printeren smelter plastiktråd og presser det ud i små dråber. Rigtigt placeret i mange lag – ja så bliver det til plastikdimser…

Denne printer er en delta-printer. Det betyder i al sin enkelthed at i steder for at have et x-y-bord med en z-akse på – ja så har man tre z-akser – og ved at flytte dem koordineret kan de til sammen udgøre x, y og z-akse… Som illustreret her:

printer dom

Nå – men med alle de forsinkelser – så få man jo bare meget mere for pengene 🙂 Dybest set er det at følge med i processen jo det bedste ved det hele. Så jeg fortsætter nok med at sætte penge i tvivlsomme, over-optimistiske, overdrevne og sjove projekter…. Jeg kan anbefale det – men pas på det er stærkt vanedannende… 🙂