Laser Noob: Erste Schritte mit dem K40 Laser

Warum Tausende für einen Laserschneider/-gravierer ausgeben, wenn die Lieferung an Ihre Haustür bereits für 350 US-Dollar möglich ist? Sicherlich ist es nicht so schön wie diese schicken Haushaltsmaschinen, aber der mutige K40 ist der kleine Laser, der das kann. Gehen Sie einfach zu Al's Laser Emporium und holen Sie sich einen. Ja, es klingt wie eine Anzeige eines Gebrauchtwagenhändlers, aber wie weit ist es von der Wahrheit entfernt? Lesen Sie weiter, um es herauszufinden!

Laserschneid- und Graviermaschinen gibt es schon seit Jahrzehnten. Ähnlich wie 3D-Drucker waren sie ursprünglich für jemanden, der zu Hause arbeitete, unglaublich teuer. Der Epilog-Laser kam einem Hobbylaser am nächsten, der für ein kleines Lasersystem immer noch zwischen 10.000 und 20.000 US-Dollar kosten würde. Einige Unternehmen haben sich für den Epilog entschieden und recht gute Ergebnisse erzielt – insbesondere Adafruit, das früher Lasergravurdienste für Laptops anbot.

Im Laufe des letzten Jahrzehnts haben sich die Dinge verändert. China mischte sich ein und plötzlich gab es billige Laser auf dem Markt. Derzeit sind mehrere kostengünstige Lasermodelle in verschiedenen Leistungsstufen erhältlich. Am beliebtesten ist das Kleinste – ein 40-Watt-Modell mit der Bezeichnung K40. Es gibt zahlreiche Hersteller und im Laufe der Jahre gab es viele Versionen. Sie sehen jedoch alle ungefähr gleich aus: Ein blauer Blechkasten, an dessen Rückseite die Laserröhre montiert ist. Auf der linken Seite befindet sich das Schneidefach und auf der rechten Seite die Elektronik. Frühere Versionen waren mit der Moshidraw-Software und einer parallelen Schnittstelle ausgestattet.

An der K40-Mechanik hat sich nicht viel geändert, die Elektronik wurde jedoch auf USB mit modernen Schrittmotortreibern aktualisiert. Machen Sie keinen Fehler, es handelt sich hierbei nicht um „Qualitäts“-Maschinen. Sie werden auf Kosten reduziert. Verriegelungsschalter sind nicht vorhanden. Der Überhitzungsschutz der Röhre ist Ihr Problem. Alarm bei niedrigem Kühlwasserdurchfluss? Nein, behalten Sie das lieber selbst im Auge. Das Schneidbett sieht aus wie eine Mischung aus einem nachträglichen Einfall und Teilen, die jemand im Ersatzteilbehälter gefunden hat. Der Abluftkanal wird 3 Zoll in den Schneidbereich geführt. Mit anderen Worten: Dies sind die perfekten Maschinen für einen Hacker.

Ich beobachte die K40 und ähnliche Maschinen seit Jahren auf eBay. Ursprünglich wurden diese Maschinen aus China verschifft. Es wäre ein Kinderspiel, wenn eine große, mit schwerem Gas gefüllte Glasröhre die Reise um die halbe Welt überstehen würde. Mittlerweile werden viele der Maschinen von Kalifornien und anderen Häfen in den unteren 48 Bundesstaaten aus verschifft. Ich vermute, dass die Maschinen in ein Lager hier in den USA geschickt werden, wo sie getestet werden, und dann werden die guten Einheiten an die Kunden weitergeschickt.

Vor diesem Hintergrund habe ich mich schließlich dazu entschlossen, einen K40-Laser zu kaufen. Mein erstes Problem war die Entscheidung, welchen Laser ich kaufen sollte. eBay und Alibaba sind voller Auktionen von Verkäufern mit unterschiedlichen Versionen des K40. Jeder sagt, sie seien neuer und besser als die anderen. Einige verfügen über unterschiedliche Zubehörpakete und Dinge wie Luftunterstützung – kosten aber auch mehr. Es gibt genügend Informationen, um selbst den erfahrensten eBayer in den Analyse-Lähmungsmodus zu versetzen.

Am Ende habe ich mich für einen der günstigeren (aber nicht den billigsten) Laser mit digitalem Frontpanel-Display entschieden. Mein Modell war außerdem mit einer Temperaturanzeige für das Kühlwasser und Rädern ausgestattet – für diejenigen, die ihre Tischlaser gerne herumrollen.

Ich klickte auf die Schaltfläche „Jetzt kaufen“ und begann zu warten. Der Versand der Maschine in ihrer 62-Pfund-Kiste von der Westküste würde etwa eine Woche dauern. Das gab mir genügend Zeit, Sicherheitsausrüstung zu bestellen.

Auch wenn der K40 günstig ist, wollte ich bei der Sicherheitsausrüstung nicht sparen. Es gibt online viele Anbieter für lasersichere Schutzbrillen. Es gibt viele davon aus China, aber ich wollte meinen Blick auf ein Unternehmen, von dem ich noch nie gehört hatte, wirklich nicht riskieren. Ich habe mich ein wenig umgesehen und schließlich ein Paar von Honeywell bestellt. Amazon hatte sie auf Prime verfügbar, sodass sie vor dem K40 selbst bei mir eintrafen. Unabhängig davon, welches Paar Sie bestellen, stellen Sie sicher, dass es für CO2-Laser geeignet ist. Es gibt viele Arten von Lasern, und eine Schutzbrille, die Sie vor einem medizinischen UV-Laser schützen soll, hilft überhaupt nicht viel, wenn es um einen IR-Laser wie den im K40 geht. IR-sichere Brillen sind klar oder fast klar. Aber verwechseln Sie sie nicht mit einer Standard-Schutzbrille. Dabei handelt es sich um speziell hergestellte Materialien, die Sie vor dem unsichtbaren Blindstrahl schützen, den Ihr K40 aussendet, wenn Ihre anderen Sicherheitsmaßnahmen versagen.

Laser verbrennen Dinge, und leider kommt es häufig vor, dass diese Dinge im Laser Feuer fangen. Ich habe einen großen ABC-Trockenpulver-Feuerlöscher in der Nähe des Druckers. Allerdings ist das nur eine Notlösung. Wenn Sie jemals einen Pulverlöscher verwenden mussten, wissen Sie, wie schmutzig dieser ist. Um den K40 und den Rest meines Labors zu schützen, habe ich vor, in irgendeine Art von Gaslöscher zu investieren. Entweder CO2 oder Halotron, je nachdem, was für die Verwendung in einem Kellerraum sicherer ist.

Obwohl ich nie vorhabe, den Laser unbeaufsichtigt laufen zu lassen, habe ich in meinem Labor auch Rauchmelder. Schließlich habe ich einen Kohlenmonoxidmelder hinzugefügt, um sicherzustellen, dass der K40 den Raum nicht mit einem lautlosen Killer füllt.

Hackaday macht keine Unboxing-Videos, aber beim Auspacken des K40 hatte ich den Eindruck, dass er groß ist – größer, als man es auf den Fotos vermuten würde. Meine Maschine war 32″ breit x 19,75″ tief x 10,25″ hoch. Zum Glück hatte ich direkt neben einem Fenster einen Platz auf der Werkbank, der ein perfektes Zuhause darstellte.

Der K40-Laser ist wassergekühlt. Zu allen Lasern gehört eine Kühlmittelpumpe als Zubehör. Die Pumpe, die ich erhalten habe, ist ein Wunder der Kostenreduzierung. Es handelt sich um eine Aquarium- oder Teichpumpe mit einem magnetisch gekoppelten Laufrad. Ich machte mir Sorgen, als ich nach dem Gebrauch sah, wie Wasser aus der Pumpe über das 120-V-Stromkabel tropfte. Es stellt sich heraus, dass die hintere Abdeckung der Pumpe nicht einmal versiegelt ist. Das muss nicht sein. Der Motorstator und die Spulen sind mit schwarzem Epoxidharz vergossen. Solange diese Vergussmasse vorhanden ist, kann nichts an den Motor gelangen. Es scheint gut zu funktionieren, um den Kühlwasserfluss aufrechtzuerhalten. Allerdings kann ich nicht sagen, dass ich ihm die Lebensdauer meiner Laserröhre völlig anvertraue. Möglicherweise wird es in Zukunft einen Mod für dieses System geben.

Als Kühlmittel verwende ich destilliertes Wasser. Mein Reservoir für diese frühen Tests ist ein einfacher Plastikbehälter in Schuhkartongröße. Es fasst eine Gallone Wasser und hält die Pumpe unter Wasser. Wenn der Laser einige Tage lang nicht verwendet wird, schütte ich das Wasser aus und entleere den Schlauch, indem ich in die Einlassleitung blase.

Beim Schneiden von Gegenständen mit einem Laser entstehen Rauch und Dämpfe; Das ist eine gegebene. Der K40 verfügt über einen Abluftventilator, der gelinde gesagt eher kraftlos ist. Es handelt sich im wahrsten Sinne des Wortes um einen Badezimmer-Abluftventilator, der auf die Rückseite des Lasers geklebt ist. Der Rauch wird durch einen Schlitz in der Rückseite des Gehäuses angesaugt und durch den Abluftschlauch nach oben geleitet. Ich habe bereits einen großen Dayton-Lüfter im Fenster meines Labors montiert. Während die ungeschützten Rotorblätter ausgesprochen gefährlich sind, bewegen sie eine wahnsinnige Menge Luft. In Verbindung mit dem serienmäßigen Abluftventilator konnte dadurch der Geruch von verbranntem Holz und Plastik auf ein angemessenes Maß reduziert werden. Allerdings werde ich den Serienauspuff in Zukunft auf jeden Fall aufrüsten.

Der erste Schritt beim Einrichten eines dieser Laser ist wohl der gefährlichste: das Ausrichten der Spiegel. Deshalb habe ich mir eine gute Laserbrille gekauft. Arbeiten am Laser bei geöffneten Türen ist etwas, das Sie im Allgemeinen nicht tun möchten, da Sie nicht steuern können, wohin der Strahl geht.

Lassen Sie die Laserschutzbrille immer auf, schließen Sie die Tür und stellen Sie sicher, dass niemand anderes den Raum betritt. Meine Röhre war so weit aus der Ausrichtung geraten, dass der Strahl durch die offene Tür aus dem Gehäuse austrat und einen kleinen Brandfleck an der Wand hinter meiner Werkbank hinterließ. Es wäre nicht gut gewesen, wenn jemand anders dort gestanden hätte.

Es gibt viele Video-Tutorials zum Ausrichten der Spiegel an einer K40. Ich fand dieses hier besonders hilfreich. Die Idee besteht darin, sicherzustellen, dass der Laserpunkt die Mitte jedes der drei Spiegel im Strahlengang trifft. Da sich zwei der Spiegel auf einem XY-Tisch bewegen, ist es wichtig sicherzustellen, dass der Strahl unabhängig von der Position den gleichen Punkt trifft. Ich habe Haftnotizen anstelle des in vielen Tutorials geforderten Malerbands verwendet. Auf dem gelben Post-It ist der Brandfleck viel leichter zu erkennen als auf dem dunkelblauen Klebeband.

Für diese Schritte benötigen Sie keinen Computer. Lassen Sie einfach die Schrittmotoren ausgeschaltet und bewegen Sie den Tisch von Hand. Wenn es an der Zeit ist, den Laser abzufeuern, müssen Sie nur auf die Testtaste auf der Vorderseite tippen. Als Erstes müssen Sie die Röhre selbst ausrichten. Meine Röhre war so weit außer Ausrichtung, dass der Strahl nicht einmal den Spiegel traf. Das Rohr wird mit zwei Federbändern aus Metall gehalten. Gummiringe verhindern, dass die Bänder das Glasrohr zerbrechen. Mehr Gummi dient als Unterlegscheibe, um das Rohr vertikal auszurichten. Ich habe eine der Unterlegscheiben von der linken Seite des Rohrs entfernt und sie auf der rechten Seite angebracht. Es ist ein umständlicher Vorgang, da ein zu starkes Anziehen der Schrauben zum Bruch des teuersten Teils des K40 führt – der Laserröhre.

Ich stellte fest, dass mein K40 auch nach einer Ausrichtung immer noch nicht richtig funktionierte. Ich habe die Spiegel und die Laserröhre mit Alkohol gereinigt, aber es hat nicht geholfen. Zum Schluss habe ich den Fokussierkopf zerlegt. Da habe ich mein Problem gefunden. Im Inneren des Kopfes befanden sich Metallteile, die bei der Bearbeitung entstanden waren. Diese Metallteile befanden sich im Strahlengang und störten ihn. Ich habe den 45-Grad-Spiegel und die Fokussierlinse herausgenommen und dann den Tubus sorgfältig gereinigt. Nachdem alles wieder zusammengebaut war, war mein K40 einsatzbereit.

Dem Laser liegt eine offensichtlich gebrannte CD und ein USB-Stick bei. Mein Laptop hat kein CD-Laufwerk, also habe ich den USB-Stick eingesteckt und … nichts gefunden. Es handelt sich nicht wirklich um ein Laufwerk, sondern um einen Dongle zum Entsperren der Lasertreibersoftware. Ich musste mein USB-CD-Laufwerk suchen, bevor ich den K40 verwenden konnte. Die meisten Dateinamen auf der CD sind auf Chinesisch. Einige Recherchen führten mich schließlich zu einer Datei für Corel Laser. Es handelt sich um eine Kopie von Corel Draw mit einem Plugin zur Steuerung des K40. Bei der Kopie von Corel Draw handelt es sich mit ziemlicher Sicherheit um eine illegale geknackte Kopie. Ich habe von einem Freund, der zu Adobe gewechselt ist, Zugang zu einer echten Basiskopie erhalten.

Einfach ausgedrückt bietet Ihnen CorelLaser eine Symbolleiste und kann jedes in Corel Draw geladene Bild ausschneiden oder gravieren. Schneiden und Gravieren sind jedoch sehr unterschiedliche Prozesse. Schneiden ist eine Vektoroperation. Der Laser zeichnet den Verlauf jeder Linie im Bild nach. Beim Gravieren handelt es sich um eine Rasterangelegenheit. Der Laser zeichnet das Bild Zeile für Zeile, von links nach rechts und von oben nach unten. Sie können beide Prozesse auch am selben Design durchführen, indem Sie in der Software eine Schnittebene und eine Gravurebene erstellen.

Ich hatte ziemlich schnell Probleme mit der Software. Immer wenn ich versuchte zu schneiden, bewegte sich der Laserkopf langsam. Das Ändern der Bewegungseinstellungen hat nicht geholfen. Einige Recherchen führten mich schließlich auf die Einstellungsseite für CorelLaser. Hier habe ich festgestellt, dass die Einstellung „Mainboard“ falsch war. Der Wert muss mit der auf dem Laser-Mainboard aufgedruckten Modellnummer übereinstimmen. Natürlich ist das Mainboard so montiert, dass man die Modellnummer nicht lesen kann, aber ein schnelles Handyfoto hat das Problem behoben. Mein Modell ist 6C6879-LASER-M2. Die Firmware der Platine ist auf den 08.01.2018 datiert, die Platine muss also irgendwann danach gebaut worden sein.

Ich hatte erwartet, dass CorelLaser ein heißes Durcheinander sein würde. Ehrlich gesagt ist es nicht halb so schlimm. Es hat definitiv einige verrückte Macken, aber im Großen und Ganzen tut es, was es soll – die Stepper antreiben und den Laser umschalten. Die größte Besonderheit, die ich gefunden habe, ist die Linienbreite. Corel verwendet standardmäßig „Haarlinie“ als Linienbreite. Dieser ist größer als die Laserkerf, sodass CorelLaser ihn als zwei parallele Pfade interpretiert. Wenn Sie mit dem K40 zwei nahe beieinander liegende Pfade aufzeichnen, wird das, was Sie zu schneiden versuchen, zu einem riesigen, brennenden Durcheinander. Die Lösung besteht darin, alles in Ihrem Dokument mit auszuwählen, dann F12 zu drücken und die Linienbreite auf 0,001 mm zu ändern. CorelLaser funktioniert dann wie erwartet.

Was schneiden? Wie bei jedem Laserschneider muss über die zu schneidenden Materialien nachgedacht werden. Im Allgemeinen ist Holz sicher zu schneiden, ebenso wie Papier, Stoff, Melamin, Pressspan, matte Pappe, Kork, einige Gummiarten, Naturleder und Corian. Die Gravur kann auf Materialien wie Glas, Stein, eloxiertem Aluminium, Stahl (mit Lasergravurbeschichtung) und anderen Materialien durchgeführt werden.

Manche Kunststoffe sollten niemals mit einem Laserschneider geschnitten werden. Alles mit Chlor – insbesondere PVC und Vinyl. Beim Verbrennen von PVC entsteht Chlorgas, das den Benutzer tötet, und Salzsäure, die Ihren K40 so stark verrosten lässt, dass Ihre nächsten Angehörigen ihn nicht mehr genießen können. Ein einfacher Test für Chlor ist der Kupferdraht-Abbrenntest, der in diesem 10 Jahre alten Video von [Adam] und [Zach] von NYC Resistor zu sehen ist. ABS-Kunststoff ist ein weiterer zu vermeidender Kunststoff. Es neigt zum Schmelzen und ist beim Schneiden unordentlich. Es setzt auch Spuren von Cyanidgas frei. Wenn Sie sich bei einem Material jemals unsicher sind, schauen Sie auf den Seiten von Hackerspaces nach, die Laser haben. Wenn sie es nicht mit ihrem Laser schneiden, sollten Sie es wahrscheinlich auch nicht tun.

Schneiden und Gravieren sind das, wofür wir alle hier sind, oder? Der spaßige Teil beim Erlernen des Lasers besteht darin, herauszufinden, wie man die Software für verschiedene Materialien einrichtet. Bei einem Laser haben Sie drei Variablen, mit denen Sie spielen können. Laserleistung, Geschwindigkeit und Anzahl der Durchgänge. Die Laserleistung wird über die Frontplatte des K40 gesteuert. Es handelt sich entweder um einen Knopf und ein ungenaues Milliamperemeter oder um eine digitale Steuerung, die in Leistungsprozentsätzen ausgedrückt wird. Das Schneiden in mehr als einem Durchgang ist aufwändiger, als das Material nur einmal zu schneiden. Heben Sie sich das also auf, wenn Sie es wirklich brauchen.

Es gibt ein paar Anleitungen – ich habe festgestellt, dass diese Seite ein guter Ausgangspunkt ist, um herauszufinden, mit welchen Geschwindigkeiten und Leistungsstufen man für ein bestimmtes Material arbeiten sollte. Im Allgemeinen verwende ich die Geschwindigkeit von dieser Stelle und beginne dann mit einer viel niedrigeren Laserleistung. Beim Testen an Schrottstücken erhöhe ich die Leistung so lange, bis ich einen sauberen Schnitt habe. Wenn die Leistung unter 50 % liegt, bleibe ich grundsätzlich dabei und passe die Geschwindigkeit nicht an.

Sie sollten sich unbedingt Notizen darüber machen, was Sie verwenden. Mit meinem Laser habe ich bei 50 % und 320 mm/s eine tiefe Gravur auf ⅛" Acryl gefunden. Das Schneiden von ⅛" Birkensperrholz funktionierte am besten mit 25 % Leistung und 5 mm/s. Bedenken Sie, dass es beim K40 keine Qualitätskontrolle gibt und die Fokussierung des Strahls von Bedeutung ist. Daher kann es sein, dass Ihr Gerät sich von meinem unterscheidet. Darüber hinaus können sich Materialien wie Sperrholz und Acryl je nach Feuchtigkeitsgehalt und anderen Variablen von Charge zu Charge ändern. Kaufen Sie immer etwas zusätzliches Material, das Sie als Abfall zum Einwählen Ihrer Einstellungen verwenden können.

Wie gut ist der K40 also im „Bone Stock“-Zustand? Eigentlich verdammt gut. Ich konnte ⅛" Birkensperrholz und ⅛" Acryl in einem Durchgang mit weniger als 50 % Leistung schneiden. Die Teile würden buchstäblich herausfallen, wenn jeder Schnitt abgeschlossen ist. Da es sich um einen Laser handelt, ist das Holz an den Kanten natürlich etwas verkohlt, aber es gibt nichts, was man mit etwas Schleifpapier nicht reparieren kann. Als Torturtest nahm ich die .svg-Datei mit dem Hackaday-Logo, lud sie in CorelLaser, stellte die Linienbreite auf 0,001 mm ein und drückte auf „Los“. Der K40 schnitt den lustigen Schraubenschlüssel pflichtbewusst heraus und gab mir ein kleines Puzzle aus Teilen, die ich versuchen musste, sie wieder zusammenzusetzen. Auch die Gravurleistung war gut – ich konnte einfache Schwarz-Weiß-Bilder (und Text) in Holz und Acryl schneiden. Ich kann mir vorstellen, dass dies perfekt für die Herstellung von Bedienfeldern mit beschrifteten Lichtern und Schaltern wäre.

Der K40 ist ein günstiger Lasergravierer/-schneider. Es ist jedoch sehr leistungsfähig, auch wenn es unverändert verwendet wird. Dennoch ist der Cutter eine großartige Plattform für Modifikationen. Sie können wetten, dass ich einige Zeit damit verbringen werde, meinem K40 Dinge wie Luftunterstützung und ein besseres Bett hinzuzufügen und auch den Abluftkanal zu kürzen.