EleksLaser A3 Pro

Beim EleksLaser A3 Pro handelt es sich um einen LaserCutter mit 2,5W Lasermodul und der Steuerplatine EleksMana SE. Auf der Steuerplatine verrichtet ein Arduino Nano mit GRBL 0.9 seinen Dienst.

Hardware

Die Hardware besteht aus Aluminiumprofilen die an den Ecken miteinander verschraubt sind. Die Schrittmotoren laufen auf Rollen entlang der Aluminiumprofile und erreichen dabei eine sehr hohe Positioniergenauigkeit. Nach dem Zusammenbau lief die X-Achse allerdings etwas schief, was an nicht exakt winklig abgeschnittenen Aluminiumprofilen lag. Nachdem das Profil entsprechend gerade gefeilt und mit zusätzlichen Eckwinkeln versehen wurde, lief alles exakt und genau parallel. Der Bausatz besteht jedoch nur aus dem Rahmengestell ohne jegliche Sicherheitseinrichtungen. Da das Gestell in alle Richtungen offen ist, muss zunächst eine passende Unterlage gefunden werden, um nicht in den Tisch zu lasern. Ebenso merkt man sehr schnell, dass eine gute Belüftung notwendig ist wenn man nicht seine Bude ausräuchern will. Dies führte sehr schnell zum Entschluss, ein entsprechendes Gehäuse zu bauen.

Gehäuse

Das Gehäuse wird aus 12mm dickem Multiplex gebaut, indem zwei Sichtfenster montiert werden:

Stückliste bei 12mm dickem Multiplex:

1x Boden (640mm x 500mm)
1x Rückwand (640mm x 222mm)
1x Deckel (640mm x 512mm)
1x Front (640mm x 210mm)
2x Seitenwände (512mm x 234mm)
1x Acrylglas rot für Deckel (500mm x 370mm)
1x Acrylglas rot für Front (500mm x 120mm)

Fertig aufgebaut sieht das dann so aus:

Als Unterlage dient ein Stahlblech, welches auf den Boden des Gehäuses geklebt wurde. Schnitte werden sauberer, wenn der zu schneidende Stoff nicht direkt auf der Unterlage liegt, sondern einen kleinen Abstand dazu hat. Um dies zu erreichen, wurde ein Stahlblech mit Hexagonalmuster mit Neodym Magneten und einer Mutter als Abstandshalter benutzt:

Die Magnete ziehen das Stahlblech “durch” die Mutter an, und sorgen für einen festen Halt:

Im Gehäuse wurde ein 100mm Abluftventilator für Bad und Küche installiert. Dieser transportiert den entstehenden Rauch aus dem Gehäuse.

Um im Notfall das Gerät schnell abschalten zu können, wurde auch ein Not-Aus-Schalter installiert. Dieser schaltet das komplette Gerät stromlos bei Betätigung.

Software

Da die mitgelieferte Software EleksCAM nur unter Windows nutzbar ist, wurde die empfehlenswerte Software LightBurn für MacOS installiert. Diese verfügt über einen wesentlich größeren Funktionsumfang, insbesondere das Print&Cut Feature, welches passgenaue Laserschnitte auf bereits gedrucktem Papier ermöglicht. Dies ist nötig wenn man z.b. Papercraft ausschneiden möchte.

Limit-Schalter

Ein großes Manko ist, dass die Laser-Position die beim Einschalten der Versorgungsspannung vorherrschte, als Nullpunkt angenommen wird. Ein reproduzierbares Arbeiten wird dadurch sehr erschwert weil die maximalen Verfahrwege des Lasers schnell überschritten werden können. Die Riemen und die Schrittmotoren geben laute Geräusche von sich, was der Lebensdauer dieser Komponenten sicherlich nicht zuträglich ist.

Mit Hilfe des EleksMaker-Extra-Moduls lassen sich deshalb sogenannte Limit-Schalter erweitern, die gleichzeitig für den Homing Zyklus benutzt werden können. Damit fährt der LaserCutter automatisch zum Nullpunkt wenn das Gerät eingeschaltet wird. Damit dies funktioniert muss jedoch die Software des Arduino auf GRBL 1.1 aktualisiert werden:

Eine GRBL 1.1 Version die für den EleksLaser A3 Pro angepasst ist kann unter https://wiki.eleksmaker.com/doku.php?id=extra_module heruntergeladen werden.

Diese kann unter MacOS z.b. mit AVRDUDE auf den Arduino übertragen werden. AVRDUDE ist eine Programmiersoftware für Atmel AVR Controller, die wie folgt auf den Mac installiert wird:

brew install avrdude

Um nun den GRBL 1.1 Programmcode in den Flash-Speicher des Arduino Nano zu übertragen wird folgende Command line aufgerufen:

avrdude -c arduino -b 57600 -P /dev/ttyUSB0 -p atmega328p -vv -U flash:w:grbl_v1.1f.hex

Die serielle Verbindung zur GRBL 1.1 Firmware kann auf mehrere Arten getestet werden. Am einfachsten ohne Installation zusätzlicher Tools funktioniert das mit dem screen Kommando. Da das lokale Echo ausgeschaltet ist, sieht man hier allerdings nicht was man tippt (Befehle in spitzen Klammern müssen daher blind eingetippt werden):

screen /dev/ttyUSB0 115200

<<CTRL+X + ENTER>>

Grbl 1.1f ['$' for help]

<<$$ + ENTER>>

Alternativ kann auch der Serielle Monitor der Arduino Entwicklungsumgebung genutzt werden.

Hier die GRBL Settings inklusive Limit-Schaltern:

$0=10         (step pulse)
$1=25         (step idle delay)
$2=0          (step port invert mask)
$3=0          (dir port invert mask)
$4=0          (step enable invert)
$5=0          (limit pins invert)
$6=0          (probe pin invert)
$10=1         (status report mask)
$11=0.010     (junction deviation)
$12=0.002     (arc tolerance)
$13=0         (report inches)
$20=0         (soft limits)
$21=1         (hard limits)
$22=1         (hominc cycle)
$23=3         (homing dir invert mask)
$24=200.000   (homing feed)
$25=1500.000  (homing seek)
$26=0         (homing debounce)
$27=2.000     (homing pull-off)
$30=1000      (max spindle speed, RPM)
$31=0         (min spindle speed, RPM)
$32=1         (laser mode)
$100=80.000   (x step/mm)
$101=80.000   (y step/mm)
$102=80.000   (z step/mm)
$110=5000.000 (x max rate mm/min)
$111=5000.000 (y max rate mm/min)
$112=5000.000 (z max rate mm/min)
$120=800.000  (x accel mm/sec^2)
$121=800.000  (y accel mm/sec^2)
$122=800.000  (z accel mm/sec^2)
$130=370.000  (x max travel mm)
$131=260.000  (y max travel mm)
$132=0.000    (z max travel mm)

AirAssist

Wer sich mit LserCutter beschäftigt, kommt schnell auf das Thema AirAssist. AirAssist ist der Vorgang, wenn Luft auf das Werkstück geblasen wird. Das hat mehrere Vorteile:

Rauch, der den Laserstrahl abschwächt, wird sofort weggeblasen (die Effizienz steigt also)
Werkstücke sind sauberer
Laser Optik verschmutzt nicht
Qualität der Schnitte/Gravuren wird besser
Weniger Leistung bzw. schnellere Schnitte sind möglich
Lebensdauer des Lasers und der LaserOptik wird verlängert

Um genügend Luft an die “Brennstelle” zu bekommen, ist dazu ein Kompressor nötig. Als brauchbar haben sich Aquarium Kompressoren herausgestellt:

Nun wäre es ja einfach, den Kompressor jedesmal per Hand in die Steckdose zu Stecken bevor man mit dem LaserCutter arbeitet, komfortabel ist das aber nicht. Zum Glück hat das EleksMaker-Extra-Modul einen Anschluss mit der Aufschrift “coolant”:

Hier lässt sich ein 5V Relais direkt anschließen um damit den Kompressor zu Schalten:

Sobald in LighBurn in den Layer-Einstellungen “AirAssist” aktiviert ist, schaltet sich der Kompressor an.