Laserplotter XL selbst bauen

Hier findet meine Ideensammlung und Dokumentation für einen größeren Laserplotter statt. Der Artikel befindet sich noch im Aufbau. Der Vorläufer dieses Laserplotters findet sich hier.

• Schrittmotoren, Gleitlager, Stahlstangen, Kabelführungen, Antriebsriemen (2x ausgeschlachtete HP ScanJet 4c Scanner)
• 2x Motortreiber A4988 (Bezugsquelle)
• 4 Endschalter (ausgeschlachtet aus einem anderen Scanner)
• Konstantstromquelle 1.200mA (Bezugsquelle)
• eine Schutzbrille gegen Laserstrahlung mit 445nm Wellenlänge
• Laserdiode 445nm blau 1W (Bezugsquelle)
• Laserdiodengehäuse Aixiz Lasermodul (Bezugsquelle)
• altes PC-Netzteil (möglichst kompakt)
• alter Alu-CPU-Kühlkörper
• Arduino
• 2x Leimholzplatte 40x60x1,8cm
• 4x Leimholzplatte 40x60x1,8cm
• Kleinteile (diverse Drähte, Werkzeuge, Lötzubehör, Holzplatte, Schrauben, Beilagscheiben, Winkel, Schrauben, Winkel, Kabel, Elektronik-Kleinteile, Lochrasterplatine, etc.)

Bei der Konstruktion orientiere ich mich an einem klassischen Plotter. Das zu bearbeitende Objekt liegt auf einem Träger. Der Laserkopf sitzt auf der Y-Achse, welche durch die X-Achse komplett bewegt wird. Ziel soll es sein, mindestens Objekte in DINA4-Größe bearbeiten zu können. Dabei wird der Plotter so ausgelegt, dass Objekte mit bis etwa 5cm Höhe darunter passen.

Die notwendige Mechanik baute ich vollständig aus alten Scannern aus. Besonders geeignet fand ich die alten HP ScanJet-Modelle. Die beiden von mir geschlachteten ScanJet 4c (1€ eBay) sind sehr solide aufgebaut. Die Führungswellen sind 12 mm dick und auch der Schrittmotor (4,1 Ohm, 5V, 1,8°) ist sehr kräftig. Weiterhin lässt sich das Gehäuse problemlos zerlegen. Folgende Teile aus dem Scanner werden benötigt:

• die beiden Führungswellen
• der Schrittmotor mit Zahnräder und Schrauben
• der Antriebsriemen
• die Kabelführung im Drahtschlauch

Man braucht grundsätzlich nur eine Lösung, die die beiden Motortreiber mit dem Arduino verbindet. Die ordentliche Lösung wäre, die Elektronik auf ein Arduino-Shield zu packen, ich habe es einfach Quick & Dirty auf ein Stück Lochrasterplatine zusammengelötet. Die Motortreiber sitzen dabei in Sockeln um sie einfach tauschen zu können. Hier ist mein Schaltplan für die Elektronik.

Die Limit-Schalter brauchen Pull-Up-Wiederstände, ohne diese hatte hatte ich ständig Fehlalarme. An den Motortreibern kann man über drei Pins einstellen, ob sie ganze, halbe, viertel, achtel oder gar sechzehntel Schritte machen sollen. Ich habe sie auf ganze Schritte eingestellt lassen, dann haben die Motoren auch maximale Kraft. Auf der Unterseite findet man auch einen Pin mit dem man die Stromstärke einstellen kann. Ich empfehle auch den Enable-Pin mit dem Arduino zu verbinden, dann werden die Motoren stromlos geschaltet und können abkühlen, wenn sie nicht gebraucht werden. Weiterhin braucht der Motortreiber einen Elko auf dem Motorenausgang 100µF sind da ein guter Wert. Auf dieser Seite von Polulu steht eigentlich alles was man wissen muss.

GRBL scheint mir am geeignetsten. Wie man den Arduino mit GRBL verbindet, steht hier. In dem Wiki ist auch dokumentiert wie man die Software kompiliert und konfiguriert. Um GRBL auf Arduino flashen, muss man unter Linux folgenden Befehl nutzen:

./arduino/hardware/tools/avrdude -C./hardware/tools/avrdude.conf -pm328p  -carduino -P/dev/ttyUSB0 -b57600 -D -Uflash:w:grbl.hex

Meine aktuelle GRBL-Konfiguration:

Als GUI fand ich Grbl Controller ganz gut.