Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Linearschlitten oder Laufkatze für DIY Co2 Laser


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von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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Mahlzeit,
bräuchte mal ein paar konstruktive Meinungen. Bin dabei meinen 
Maschinenpark mit einem Co2-Laser-Cutter zu komplettieren (falls ein 
Maschinenpark überhaupt jemals "komplett" sein kann ;-)

Die grundsätzlichen Abmessungen sind festgelegt und diesmal ist die 
Konstruktion auch bewusst einfach und kostengünstig gehalten (es kommen 
gewöhnliche Alu-Profile zum Einsatz, die auch gestern schon angekommen 
sind, siehe Bild). Gebaut wird zunächst das nackte Portal, Einhausung, 
Tisch und Absaugung kommen später.

Soviel zur bisherigen Planung:
Für die kürzere Achse (Y) mit etwas über 620mm Verfahrweg kommen 
beidseitig Laufkatzen mit Nema23 und gt2 Zahnriemen mit Stahlkern zum 
Einsatz.

Ich möchte nun kurzfristig die Portalwangen fräsen und bin mir bei der 
langen (X) Achse unschlüssig ob ich hier einen Linearschlitten oder doch 
eine Laufkatze wählen sollte. Zum Schneiden wäre es sicher unerheblich, 
aber auf der Achse soll auch für die Rastergravur abgezeilt werden...
Die Achse hat einen Verfahrweg von ca. 1450mm.

Bei Wahl eines Linearschlittens mit einseitigem Antrieb kann der 
Lasttrum also über 3m lang werden, das ist mir eigentlich etwas lang, 
vor allem in Verbindung mit den hohen Beschleunigungswerten. Allerdings 
ist dies der Standardaufbau bei ähnlichen Anlagen und die entsprechenden 
Klemmhalter wären am Schlitten sogar schon dran.

Bei beidseitigem Antrieb bliebe der Lasttrum halb so lang, dann ist aber 
wieder doppelt so viel Technik nötig und es stellt sich abermals die 
Frage welcher Motor springt wohin wenn man einschaltet... dem kann man 
sicher "entgegenwirken" aber ist zusätzlicher Aufwand.

Setze ich auf die Laufkatze, bleibt der Lasttrum ebenfalls kurz und ich 
brauche nur die hälfte der Technik. Dafür muss ich den Stepper immer mit 
beschleunigen, macht bei einem gerade passend rumliegenden Nema17 
(0.9°/1.7A) gute 400g Masse extra. Lieber wäre mir ohnehin eine Nummer 
größer (schon allein der dickeren Welle wegen),
aber dann sind mindesten 700g fällig, dass dürfte die Performance stark 
reduzieren.
(Energiekette muss ich ohnehin anbringen für die Luftunterstützung)

Hat jemand einen ähnlichen Aufbau im Betrieb und kann mich in die 
richtige Richtung weisen?

Gruß Dominik

P.S.: Zum Thema Laser und den damit verbundenen Gefahren gibt es hier 
ausreichend Info:
https://www.baua.de/DE/Angebote/Publikationen/Praxis/A37.pdf

: Bearbeitet durch User
von Weihnachtsmann (Gast)


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Der Motor auf dem Schlitten auf dem der Laserkopf sitzt, ist dort falsch 
platziert. Dort gilt die Devise, so leicht wie möglich, anderseits wir 
das Rastern später sehr Zäh.

Von der Geschwindigkeit am besten 1:2 oder 1:3 Untersetzung, Motor fest 
an der Seite angebaut. Riemen 9mm breit, dann kann der auch die 1,5m 
ordentlich gespannt werden ohne das es da Probleme gibt. Ich bin an der 
Stelle (ähnlichen Laserdimensionen)mit einem NEMA23 gefahren.

von Sly_marbo (Gast)


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Warum denn Überhaupt das Portal über die Lange Achse? Warum nicht über 
die Kurze...Das spart Gewicht und erhöht die Stabilität, denke du 
könntest auch einiges an Material beim Profil Sparen.

von Weihnachtsmann (Gast)


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Sly_marbo schrieb:
> Warum denn Überhaupt das Portal über die Lange Achse?

Wegen dem Rastern, somit ist die "schnelle" Achse lang, bringt Vorteile 
bei der Bearbeitung. Bei großen Arbeiten muss nicht oft Abgebremst und 
Beschleunigt werden.

Das Gewicht der Achse Stört nicht, nur der Schlitten auf dem der 
LAserkopf sitzt, muss leicht und flink sein.

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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Weihnachtsmann schrieb:
> Sly_marbo schrieb:
>> Warum denn Überhaupt das Portal über die Lange Achse?
>
> Wegen dem Rastern, somit ist die "schnelle" Achse lang, bringt Vorteile
> bei der Bearbeitung. Bei großen Arbeiten muss nicht oft Abgebremst und
> Beschleunigt werden.

So auch mein Gedanke, und grundsätzlich geht ja die ganze Fragestellung 
in diese Richtung.
Ganz zu schweigen vom Bauraum, erstmal kommt ne 60W Röhre rein, maximal 
würde so ne (ungefaltete) 150W Röhre passen. Aber selbst die 60er 
braucht mit dem ersten Spiegel schon über einen Meter Platz.

Weihnachtsmann schrieb:
> Das Gewicht der Achse Stört nicht, nur der Schlitten auf dem der
> LAserkopf sitzt, muss leicht und flink sein.

Habe gestern die Portalwangen gefräst (siehe Anhang, kommen aber 
Kugellager hin, nicht die Spielzeug-Röllchen) und mir beide 
Möglichkeiten offen gehalten. Ich denke aber ich gehe auch den Weg mit 
dem Schlitten. Überlege allerdings ob ich den Antrieb hinter den 
Portalbalken lege, ist wesentlich einfacher zu konstruieren und ich 
komme mit dem Strahlengang nicht ins Gehege (2.Anhang, der Nema17 ist 
nur symbolisch).
Nur der Hebel am Schlitten wird dann ziemlich groß wenn ich nicht 
zusätzliche Umlenkrollen einplane. Du hast nicht zufällig ein Bild von 
Deinem Aufbau griffbereit?

Weihnachtsmann schrieb:
> Von der Geschwindigkeit am besten 1:2 oder 1:3 Untersetzung, Motor fest
> an der Seite angebaut. Riemen 9mm breit, dann kann der auch die 1,5m
> ordentlich gespannt werden ohne das es da Probleme gibt. Ich bin an der
> Stelle (ähnlichen Laserdimensionen)mit einem NEMA23 gefahren.

Mit gt2 Riemen? (3m gibt's ja glaube standardmäßig gar nicht schmaler). 
Mir wäre der gt2 ohnehin lieber, die Teilung ist halt sehr schön passend 
zu den gängigen Schrittmotoren.

Gruß Dominik

von Weihnachtsmann (Gast)



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Dominik V. schrieb:
> Du hast nicht zufällig ein Bild von
> Deinem Aufbau griffbereit?

Kann ich heute Abend nachreichen.

Ich habe meinen Motor wie auf einem deiner Bilder angeordnet und arbeite 
mit einem kleinen Riemen. Dem langen (gelben) habe ich direkt am 
Schlitten angebracht habe, somit ist wenig "Hebel".

Dominik V. schrieb:
> Mit gt2 Riemen? (3m gibt's ja glaube standardmäßig gar nicht schmaler).
> Mir wäre der gt2 ohnehin lieber, die Teilung ist halt sehr schön passend
> zu den gängigen Schrittmotoren.

Bei mir ist eine 150W Röhre im Einsatz, wollte vermeiden dass der Riemen 
durchhängt, bin dann auf HDT3 Riemen in 9mm gegangen.

von Dominik (Gast)


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Weihnachtsmann schrieb:
> Ich habe meinen Motor wie auf einem deiner Bilder angeordnet und arbeite
> mit einem kleinen Riemen. Dem langen (gelben) habe ich direkt am
> Schlitten angebracht habe, somit ist wenig "Hebel".

Habe mir gerade nochmal den Bauraum angesehen, der Laserkopf ist ja 
ohnehin schon recht hoch, habe den Motor mal gedanklich auf den Kopf 
gestellt, dann ist in der Tat wenig "Hebel" wenn man so nah am Schlitten 
bleibt und die Höhe der Umhausung ändert sich trotzdem nur unwesentlich.
Über den Umstand, dass ich die Anschlusskabel dann nicht mehr direkt vom 
Motor in das Profil einführen kann komme ich sicher weg ;-)

Fräse das gleich mal testweise und gucke wie es sich ausgeht.

Weihnachtsmann schrieb:
> Kann ich heute Abend nachreichen.

Das wäre sehr gut.

Gruß Dominik

von Björn R. (sushi)


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Hast du dir mal aus dem 3D-Drucker bereich die Riemenführung/Bauweise 
genannt "CoreXY" angeschaut? Damit hält man die Achse leicht, weil man 
den Schrittmotor nicht mit spazieren fahren muss.

LG, Björn

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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Björn R. schrieb:
> Hast du dir mal aus dem 3D-Drucker bereich die Riemenführung/Bauweise
> genannt "CoreXY" angeschaut?

Hi Björn,
ja, habe ich bei dem großen Drucker im Einsatz. Ist nicht schlecht wenn 
man zwei schnelle Achsen braucht. Allerdings muss ich sagen, dass das 
verdrehen des Riemens auch bei größeren Spannweiten eher nicht so gut 
ist. Ich würde es nicht nochmal so machen, dann lieber ordentliche 
Linearführungen und H-Bot. Aber das ist meine pers. Meinung.

Gruß Dominik

von Björn R. (sushi)


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Dann danke ich für das Teilen deiner Erfahrungen. Ich habe es nämlich 
noch nicht in der Realität getestet, hatte es aber in die nähere Auswahl 
gezogen für einen Drucker-Selbstbau.

LG, Björn

von P. W. (deneriel)


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Wenn du die Riemen übereinander anordnest, sparst du dir das Verdrehen.
Schau dir mal den HEVO an. Hab ich hier stehen, da ist nix verdreht.

Bietet sich mit dem Laserkopf ja auch irgendwo an. Viel leichter 
bekommste den nicht hin.

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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P. W. schrieb:
> Wenn du die Riemen übereinander anordnest, sparst du dir das Verdrehen.
> Schau dir mal den HEVO an. Hab ich hier stehen, da ist nix verdreht.
>
> Bietet sich mit dem Laserkopf ja auch irgendwo an. Viel leichter
> bekommste den nicht hin.

In der Tat, viel besser, vielleicht baue ich den Drucker so um, wenn ich 
alle anderen Projekte einigermaßen strack habe.

Für den Laser bin ich jetzt mit den getrennten Achsen eigentlich schon 
zu weit. Denke auch hier ist das garnicht so schlecht, bei 60w rechne 
ich nicht mit so gewaltigen Schnittgeschwindigkeiten, sprich die y-Achse 
darf ruhig etwas Träger sein, aber fürs Rastern muss die x-Achse schon 
flitzen ;-)

Gruß Dominik

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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Habe heute mal ein paar Versuche mit der X-Achse gemacht. Einseitig 
angetrieben hat nicht so gut geklappt.
(10mm gt2 pu/stahl)
Mit je einem Motor an beiden Seiten läuft es bis 63m/min recht passabel.
(Mehr kann die Ansteuerung auch nicht)
Der Riemen und die Motoren werden natürlich noch ordentlich montiert.

Youtube-Video "CO2 Laser Speed Test X-Axis"

Frage an die Profis: welche Geschwindigkeit braucht man, beziehungsweise 
wie schnell macht Sinn beim Gravieren?
60w Hartholz z.B.?

Gruß Dominik

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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Mini-Update: Die Laufkatzen für die Y-Achse und die Motorbefestigungen X 
sind fertig und montiert.

Fehlen noch zwei Stepper, aber sind im Zulauf.
Dann kommt der Riemenspanner, den will ich auf den Schlitten setzen?


Nach wie vor die Frage: Wie viel m/min sind beim Rastern sinnvoll (hier 
Holz, 60w)? (Schätze das die PWM hier die Grenze ist...)

Generelle Frage an die Besitzer eines Co2 laser, welche software nehmt 
ihr zur Ansteuerung? Ich überlege gerade Grbl auf nen Atmega1284 zu 
portieren, damit ich das Vorspannen der x-Achse und Ausrichten der 
y-Achse unterbekomme oder gibt es da schon was?

gruß Dominik

von Daniel (Gast)


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Dominik V. schrieb:
> Nach wie vor die Frage: Wie viel m/min sind beim Rastern sinnvoll (hier
> Holz, 60w)? (Schätze das die PWM hier die Grenze ist...)

Ich kann nur von meinem K40 berichten. Da funktioniert maximal 15 m/min 
beim Rastern. Mit einer 40W Röhre und 20 % PWM ist das für Weichholz oft 
zu langsam, für Hartholz aber in Ordnung.

Wenn die "langsame" Achse schon mit 63 m/min läuft würde ich mir da 
keine all zu großen Sorgen machen ;)

Grüße,
Daniel

von Name H. (hacky)


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Seid ihr sicher das schwere Metall zusammen mit den Motoren bewegen zu 
muessen ? Die Motore koennen doch auch fest sein...

Eigentlich genuegt es doch die Spiegel zu bewegen, den Laser wuerd ich 
auch fest lassen.

Solle eigentlich ueber Differentialriemen gehen. Allenfalls waere der 
Fokus anzupassen.

: Bearbeitet durch User
von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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Daniel schrieb:
> Da funktioniert maximal 15 m/min beim Rastern. Mit einer 40W Röhre und
> 20 % PWM ist das für Weichholz oft zu langsam, für Hartholz aber in
> Ordnung.

Hallo Daniel,
das ist ja schonmal ein Anhaltspunkt, werde die Achse dann wohl so 
fertig stellen und erstmal nicht weiter optimieren. Hab auch nochmal ins 
Handbuch vom Lasernetzteil gesehen,
die Reaktionszeit zwischen Sollwertvorgabe und Output soll <=1ms 
betragen. Bei 63m/min sind es ja schon 1050mm/sec, damit wäre die 
garantierte Auflösung schon knapp über einen mm, was sicher für 
filigrane Arbeiten schon viel zu grob/schnell ist. Auch brauche ich dann 
eine deutlich schnellere Steuerung um die Daten überhaupt an den Laser 
senden zu können. Zur Not kann man ja immer noch die Spannung an den 
Endstufen erhöhen, wenn es dann doch noch etwas schneller gehen muss.

Name H. schrieb:
> Seid ihr sicher das schwere Metall zusammen mit den Motoren
> bewegen zu muessen ? Die Motore koennen doch auch fest sein...
>
> Eigentlich genuegt es doch die Spiegel zu bewegen, den Laser wuerd ich
> auch fest lassen.

Im Prinzip werden hier auch nur die Spiegel bewegt, zugegebenermaßen ist 
die x-Achse recht massiv (wenn man bei Alu-Profilen von massiv sprechen 
kann). Für den Laser schien mir das passend, weil der Laserkopf selbst 
zwar sehr leicht ist, aber möglichst stark beschleunigt werden soll. Die 
entstehenden Kräfte müssen ja irgendwie abgefangen werden.

Dass alle Motoren in Y-Richtung mitgeschleppt werden, hätte man sicher 
anders lösen können, aber ganz so viel Unterschied am Gewicht der Achse 
hätte das nicht ausgemacht und so sind zumindest die Zahnriemen 
möglichst kurz.

gruß Dominik

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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Nach kurzer Pause mal ein kleines Statusupdate, habe die Eckverbinder 
und Riemenspanner für die Y-Achse fertig. Klar ist die Beschleunigung 
deutlich geringer, auch ist der Aufbau noch provisorisch. Hier der 
Speedtest Y bis 30m/min (22V auf dem linken, 24V auf dem rechten 
Antrieb):

Youtube-Video "CO2 Laser Speed Test Y-Axis"
(Und nein, Mach3 wird nicht zum Einsatz kommen, hatte ich nur gerade da 
zum testen)

Morgen sollen die restlichen Nutensteine kommen, wenn alles ordentlich 
montiert und verkabelt ist teste ich weiter, denke da geht noch was.
Denke aber auch mit der Geschwindigkeit ist Schneiden kein Problem.

Für die hartgesottenen Späneliebhaber noch die Entstehung der Teile im 
Zeitraffer:

Teil1:
Youtube-Video "Eigenbau CNC Fräse fräst Eckverbinder/Riemenspanner für Eigenbau Co2 Laser 1/2"

Teil2:
Youtube-Video "Eigenbau CNC Fräse fräst Eckverbinder/Riemenspanner für Eigenbau Co2 Laser 2/2"


Gruß Dominik

von Mal wegwerfen (Gast)


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Cool. Weshalb trocken gefraest ?

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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Mal wegwerfen schrieb:
> Cool. Weshalb trocken gefraest ?

Fast, Minimalmengenschmierung. Nur bei den 1,2er Nuten für die 
Riemenspanner habe ich die MMS abgedreht und habe manuell Spiritus drauf 
gegeben.

Grüße

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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Hallo,
die Ursprungsfrage ist damit beantwortet, die X-Achse ist soweit 
komplett :-) Mit dem "Pull-Pull-Prinzip" fahre ich glaube richtig, zeigt 
sich aber erst wenn die ersten Schnitte gemacht sind...
Ich möchte mich an dieser Stelle noch für alle Tips bedanken.
Gerne höre ich auch noch Empfehlungen für die passende Ansteuerung, 
diese braucht nicht unbedingt die Rektifizierung des Portals oder das 
Vorspannen des X-Riemens beherrschen, ich denke dass ich dies ohnehin 
auf einen separaten Controller auslagere und nach erfolgreichem 
Abschluss der Prozedur via Bus-Umschalter oder Logik-Gatter die 
Kontrolle an die Steuerung übergebe.
Von daher reicht ein 3-oder 4-Achs System vollkommen aus. Gerne auch 
Stand-Alone.

Ich habe, rein zu Testzwecken, mal die Mikroschrittauflösung halbiert, 
damit erreicht der Test-Controller (Mach3 USB Karte) knapp 128 m/min.

Bei 24V sah das dann so aus:
Youtube-Video "DIY Co2 Laser  X Axis Test (24V/127m/min)"
(Hier wird die maximale Geschwindigkeit aber nur kurz erreicht)

Bei 36V geht in Sachen Beschleunigung noch etwas mehr:
Youtube-Video "DIY Co2 Laser  X Axis Test (36V/127m/min)"

Erst hatte ich überlegt, da ohnehin 12V für die Röhrenkühlung zur 
Verfügung stehen, die Schaltnetzteile in Reihe zu schalten, ist aber 
vermutlich nicht erforderlich, hier noch die Bewegung in XY Richtung bei 
30m/min:
Youtube-Video "DIY Co2 Laser Gantry XY Test (24V/30m/min)"
Dann kann ich die 12V zur Kühlung weiterhin über den Schalteingang des 
Netzteils schalten und brauche keine Hochstromrelais verbauen.

Danke und Gruß
Dominik


P.S.: Hier noch (für die Späneliebhaber) die Entstehungsgeschichte des 
Linearschlittens:
Youtube-Video "DIY CNC Router milling new X-Axis Slider for DIY Co2 Laser Cutter 60W"

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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Die Gegenüberstellung zum Original-Schlitten hatte ich noch vergessen 
anzuhängen, sind also knapp 90g mehr zu beschleunigen. Wäre sicher 
möglich, das Material noch auszudünnen, aber ich denke das spa(r)ne ich 
mir...

von A. B. (sfalbuer)


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Verwendest du einen T-Riemen? Die sind nicht besonders Spielfrei. 
Ansonsten denke doch mal über Servo Motoren nach, die wirken für dein 
Vorhaben ideal da du mehr Dynamik als Kraft in den Achsen brauchst.

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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A. B. schrieb:
> Verwendest du einen T-Riemen? Die sind nicht besonders Spielfrei.
Nein, in der Tat sind es günstige GT2 Riemen, allerdings PU mit 
Stahlzugstrang. 10mm auf der X-Achse und 2x6mm, je einer pro Seite auf 
der Y-Achse.

A. B. schrieb:
> Ansonsten denke doch mal über Servo Motoren nach, die wirken für dein
> Vorhaben ideal da du mehr Dynamik als Kraft in den Achsen brauchst.
Das wäre sicher eine bessere Variante, aber auch deutlich teurer. Selbst 
die billigsten Servos sind noch 3x so teuer wie die gewählten Stepper 
mit den dazugehörigen Endstufen.

Ich hätte mir für das gesamte Projekt ca. 1000€/m2 Bearbeitungsflaeche 
vorgenommen, also jetzt ~900€ limit.
Da die Steuerung noch fehlt wird das sicher jetzt schon knapp.

Sollte es nachher nicht so laufen, wie gewünscht, bleibt mir natürlich 
noch der Umstieg auf Servos, gibt’s ja auch in Nema 23, aber dann 
überschreite ich die 1000€ auf jeden Fall.

Gruß Dominik

von A. B. (sfalbuer)


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Die JMC 180W Servos kosten 150€ und lassen sich mit Takt-Richtung 
ansteuern. Aber die Parametrierung is nicht so der Hit.

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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A. B. schrieb:
> Die JMC 180W Servos kosten 150€ und lassen sich mit Takt-Richtung
> ansteuern. Aber die Parametrierung is nicht so der Hit.

Die hatte ich für ein anderes Projekt mal im Auge, konnte mich aber dann 
nicht so recht durchringen, bin nachher mit EM705 und 23HS2442 gut 
zurecht gekommen.

Beim Laser kommen im Moment 4 DM556-Y zusammen mit 23HS22-2804S zum 
Einsatz. Kostenpunkt für alle vier <200€. Für die Drehachse nehme ich 
später irgendwas was gerade noch rumliegt.

Gruß Dominik

von A. B. (sfalbuer)


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Waren die (eigentlich viel zu wuchtigen) Linearführungen nicht auch 
teuer?

von Dominik V. (Firma: TBV) (d190979v)


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A. B. schrieb:
> Waren die (eigentlich viel zu wuchtigen) Linearführungen nicht auch
> teuer?

Nein, die gibt’s gelegentlich für einen echt guten Kurs im Online 
Auktionshaus. Allerdings immer nur dieselbe Länge: 2x1500 mm mit 4 Wagen 
für zuletzt 116€. Sind Hiwin kompatible 15er. Eine habe ich mittig 
getrennt und zusätzlich einen weiteren Wagen besorgt. Damit waren die 
Abmessungen dann auch festgelegt. Kostenpunkt für die Linearfuehrungen 
also ca. 140€.
Ist aber auch die Standardgröße für solche Laser, daher passt auch das 
Bohrbild des Original Schlitten zum Linearwagen.
Mit Netzteil, Röhre, Steppern/Treibern und Aluprofilen liege ich knapp 
unter 700€. Das hätten vier “günstige” Servos ja schon fast alleine 
gekostet.
Wasserkühlung und Radialluefter lagen noch in der Grabbelkiste. Die 
bisherigen Frästeile sind alle aus Aluminium-Resten entstanden, die ich 
für ganz kleines Geld zugekauft habe. Obwohl für das Gehäuse noch Reste 
an Stahlrohr im Keller schlummern wird es jetzt schon recht eng. Na ja, 
wäre auch ein Wunder wenn man bei sowas mit dem Budget mal eine 
Punktlandung hinlegt. Zumal die Steppertreiber mit 120€ ungeplant waren, 
hatte erst kleinere dm332 eingeplant weil die noch übrig waren. (Rechnet 
man den Inhalt der Grabbelkiste dazu ist das Budget natürlich schon 
überreizt)
 Ich denke ich starte mit einem noch rumliegenden Grbl board und 
klammere die Steuerung erstmal aus, da kann man ja später immer noch 
upgraden.
Da bin ich übrigens immer noch an Tips für einen Kontroller 
interessiert.

Gruß Dominik

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