Warum das Werkstück beim Laserschneiden befestigen?
Wer seinen Lasercutter ausschließlich zum Gravieren nutzt und dabei auf einen Air Assist (Druckluftdüse) verzichtet, benötigt in der Regel keine Vorrichtung zur Fixierung kleiner Werkstücke. Sobald jedoch ein Air Assist beim Schneiden von Materialien wie Holz, Plexiglas oder Acrylglas zum Einsatz kommt, ist es ratsam, über Möglichkeiten nachzudenken, wie das Werkstück sicher unter dem Laserkopf positioniert werden kann. Abhängig vom Luftdruck des Air Assist sowie der Größe und dem Gewicht des zu schneidenden Materials kann es vorkommen, dass das Werkstück in Bewegung gerät und seine Position auf der Arbeitsfläche verlässt. Selbst wenn nur ein einziger Durchgang für den Schnitt unter der Luftdüse vorgesehen ist, kann dies zu Ungenauigkeiten führen. Der Laserstrahl stoppt möglicherweise nicht mehr an dem Punkt, an dem er mit dem Schneiden begonnen hat, was dazu führen kann, dass das Werkstück nicht vollständig ausgeschnitten wird und das Resultat ungleichmäßig erscheint.
Um welche Lasercutter / Lasergraviermaschinen geht es?
Dieser Beitrag behandelt die derzeit verfügbaren handelsüblichen Desktop-Diodenlaser aus China. Diese Geräte verfügen über eine Wellenlänge von etwa 445 nm und erreichen im April 2023 eine maximale optische Ausgangsleistung von 20 Watt. Die typische Arbeitsfläche misst etwa 500 x 500 mm, wobei ein Waben-Tisch optional erhältlich ist.
Wann sollte das Material, Werkstück auf einem Grundplatte befestigt werden?
Ein mit Druckluft betriebenes Air Assist-System hat grundsätzlich die Fähigkeit, Druck auf das darunter liegende Werkstück auszuüben. Je höher der Druck und je geringer das Gewicht des Objekts ist, desto wahrscheinlicher wird es, dass sich das Werkstück auf der Unterlage (Schneidfläche) verschiebt.
Du hast nun zwei Möglichkeiten.
1. Reduzieren den Druck, bis das Material sich nicht bewegt
Schneidest du ein dünnes und leichtes Material mit Druckluft? Stelle den Druck so ein, dass die Luftströmung aus der Düse des Lasermoduls das Sperrholz, die Pappe, das Leder, das Plexiglas, das Acryl oder welches Material auch immer, nicht mehr wegbläst.
Der Nachteil (an einem bestimmten Punkt der Druckreduzierung) ist der Wegfall des Vorteiles deines hilfreichen Air Assist Systems. Mit Druckluft werden Schnitte im Sperrholz einfach sauberer.
Diese Möglichkeit besteht lediglich, wenn du einen externen Druckluftkompressor an die Düse deines Lasercutters angeschlossen hast. Die kleinen „Luftpumpen“, die für diese Desktop-Lasergraviergeräte angeboten werden, erlauben keine Druckeinstellung oder -veränderung. Dies gilt auch für eine zusätzlich erworbene Aquarium-Pumpe.
2. Befestige das Werkstück und schneide mit „Maximum Druck“
Oft wird empfohlen, mit maximal viel Bar (Druck) zu lasern. Die Schnitte werden sauberer und der Schneidvorgang geht auch etwas schneller vonstatten. In der Praxis ist das bei einem „Eigenbau 445nm Laser“ aus China nur selten zu realisieren.
Bei zu viel Druck – wie auch immer man das in Zusammenhang mit so einem Gerät definiert – kann an der Düse des Air Assit der angesteckte Schlauch „weggesprengt“ werden, was auch mir passierte.
Bei „zu viel“ Druck fliegt das zu schneidende Material einfach durch die Gegend, was keineswegs gewollt ist. Es muss einiges getan werden, um ein „platzen“ des Schlauches und ein Verrutschen des Werkstoffes zu verhindern, zu vermeiden.
Du benötigst eine gute und vor allem praktikable Idee, wie du dein Sperrholz, Plexy- oder Acrylglas fixierst, irgendwie irgendwo „festbindest“.
Folgende Befestigungen funktionieren oft nicht
Mit Magneten Holz oder Plexiglas befestigen?
Legen Sie ein Eisenblech unter den Wabentisch und fixieren Sie das Werkstück mit einem Magneten auf dem 20 mm hohen Wabentisch. Wie groß und schwer muss der Magnet sein, um bei einem Abstand von 20 mm zum stählernen Unterboden (zzgl. Materialstärke) eine ausreichende Haltekraft zu garantieren?
Mit Vakuumtisch Werkstück in Position halten?
Was kostet ein 445-nm Diodenlaser mit einer optischen Leistung von 20 Watt? Außerdem würde mich interessieren, wie viel ein vollständiger Vakuumtisch kosten würde, der unter den Laseraufbau passt und ausschließlich das Stück Sperrholz ansaugt, das geschnitten werden soll.
Werkstück beim Lasern fixieren – das funktioniert
Vorweg: Es existiert keine universelle Lösung unter unseren „Experimental-Lasern“ aus China. Abhängig davon, welches Modell Du erworben hast, wirst Du Anpassungen vornehmen, Hand anlegen oder selbständig Lösungen entwickeln müssen.
Ich befestigte einen Wabentisch auf Linearschienen, was mir einen Spielraum von etwa 8 mm unterhalb des Wabentisches verschaffte. Dies ermöglichte es mir, eine praktische Spannvorrichtung mithilfe eines 3D-Druckers zu entwerfen, auszudrucken und zu installieren.
Bauanleitung: Spannvorrichtung für Kleinteile auf den Wabentisch des Diodenlaser
Aufbau der Spannvorrichtung am Wabentisch für einen Sculpfun S30 Laser
Auf den ersten Blick wirkt es wie eine einfache Lösung. Bei genauerer Betrachtung entpuppt sich jedoch eine geniale Antwort auf zahlreiche praktische Herausforderungen im Hobby-Bereich. In der Praxis musste ich einige Experimente durchführen. Wenn die mit dem 3D-Drucker hergestellten Halterungen nicht korrekt dimensioniert waren, konnte es passieren, dass mir das Seil mit voller Wucht um die Ohren flog. Es war entscheidend, dass das Seil über die Federn genügend Kraft aufbrachte, um eine stärkere Haltekraft zu erzeugen als ein aufgelegter Bleiblock. Glücklicherweise ist jedoch nichts Schlimmeres passiert.
Komme ich zunächst zu den Werkzeugen und Materialien.
Benötigte Werkzeuge und Materialien
Für die Ausführung benötigst du nicht viel Werkzeug. Eine hochwertige Drahtseilschere von Knipex stellt jedoch eine lohnende Investition dar. Günstige Drahtseilscheren neigen dazu, den Draht eher zu quetschen, anstatt einen sauberen Schnitt zu erzielen. Das Ergebnis sind Drahtenden, die nur schwer oder gar nicht in die Aluminiumhülsen eingeführt werden können.
Das Material für meine Laser-Spannvorrichtung hatte ich zufällig aufgrund eines anderen Projekts vorrätig. Sollten Sie die Materialien erwerben müssen, finden Sie die Preise in den Angaben. Ich persönlich beziehe alles über Amazon mit Prime-Versand. Kunden, die kein Prime-Abonnement haben, sollten eventuell Versandkosten einkalkulieren.
Was du benötigst zum Bau der Laser-Spannvorrichtung
- Drahtseilschere (Knipex, 31.99 Euro Amazon)
- Drahtseil-Crimpzange (28.99 Euro Amazon)
- Geeignete Federn (zu viel Euro bei Amazon)
- Drahtseil 1mm (9.99 Eur Amazon)
- Aluminium Hülsen für 1mm Drahtseil ( 9.99 Euro Amazon)
- passender Schrumpfschlauch (9.99 Euro Amazon)
- PLA-Filamanent (hat Jeder 3D-Drucker im Haus)
Drahtseilschere
Ich hatte bereits mehrere Drahtseilscheren, aber erst mit dem Kauf einer Knipex wurde mir klar, wie eine Drahtseilschere richtig funktionieren sollte. Die präzisen Schnitte ermöglichen ein müheloses Durchführen des Drahtseils durch die Aluminiumhülsen. Im Vergleich dazu lieferte meine bisherige Kombi-Drahtseilschere stets unsaubere Schnittkanten.
Federn
Die eingesetzten Federn müssen gut abgestimmt sein. Benötigst du eine höhere Spannkraft? Ist das Werkstück höher oder flacher? Bei der Auswahl der Feder könnte es notwendig sein, einige Tests durchzuführen. Alternativ kannst du meine Federn verwenden, insbesondere wenn es sich um relativ dünnes Material handelt.
Drahtseil
Ein Durchmesser von 1 mm ist für mich in Ordnung. Es sollte jedoch nicht dicker sein. Das Drahtseil muss sich geschmeidig biegen lassen und problemlos über die Spannklemmen führen. Ein 2 mm starkes Drahtseil war bereits zu steif für meine Anforderungen.
Aluminium-Hülsen
Die genannten Komponenten dienen dazu, das Drahtseil zu begrenzen und Schlaufen zu bilden. Für jedes Spannseil benötigst du nur wenige Exemplare. Allerdings lohnt sich der Einzelkauf aufgrund der Portokosten nicht. Es ist sinnvoller, direkt 50 Stück für insgesamt 10 Euro zu erwerben. Auf diese Weise sparst du dir künftige Bestellungen für einzelne Stücke. Letztlich wirst du mit Sicherheit mindestens zwei bis drei Spannseile benötigen, da sie sich zudem hervorragend zur Arretierung welliger Materialien eignen. Es wird nicht lange dauern, bis du diese Spannvorrichtung zu schätzen weißt.
Schrumpfschlauch
Ein solches Drahtseil setzt sich aus zahlreichen einzelnen Drähten zusammen. Es ist unvermeidlich, dass die Enden schnell „ausfransen“ und du beim Spannen mit dem Finger daran hängen bleibst – das kann schmerzhaft sein! Veredle die Enden mit einem Schrumpfschlauch, und du wirst mir dankbar sein.
Hier stellt sich erneut das bekannte Problem: Der Preis für 10 cm Schrumpfschlauch zuzüglich Versandkosten übersteigt oft den Preis einer Sortimentsbox mit Schrumpfschläuchen. Natürlich kann es sein, dass man irgendwo im weiten Internet den günstigsten Preis für 10 cm Schrumpfschlauch inklusive Versand findet. Doch seien wir mal ehrlich: Will ich wirklich drei Stunden damit verbringen, um drei Euro zu sparen? Diese drei Stunden könnte ich viel sinnvoller nutzen, indem ich sie meiner Frau schenke, mit meinem Sohn einen Film anschaue, meine Mutter besuche oder einer alten Bekannten Mut zuspreche. Wie auch immer – ich empfehle, die Sortimentsbox zu wählen.
Der Anfang – die hintere Spannklemme (SpannSpange?)
Ich bin kein Ingenieur und bin mir manchmal unsicher, wie ich ein bestimmtes Bauteil benennen soll. Deshalb möchte ich klarstellen: Du befestigst eine „Spange“ am hinteren Rand des Wabentischs.
Wenn die Konstruktion zu schmal ist, der Steg zu kurz und die Spieltoleranz (bedingt durch die Qualität deines 3D-Drucks) zu groß ist, könnte dir dieses Bauteil beim Versuch, das Werkstück zu fixieren, um die Ohren fliegen! Drucke daher mit einer massiveren Struktur und einer Fülldichte von 100 Prozent.
Der Draft-Modus ist nicht gerade für seine präzise Maßhaltigkeit bekannt. Man benötigt ein gewisses Fachwissen, um im schnellen Draft-Modus die erforderlichen Toleranzen einhalten zu können. Es ist daher ratsam, in einem „feineren und langsameren“ Druckmodus zu arbeiten.
Die Mitte – Drahtseil und Feder zum Spannen der Werkstücke
Ein 1 mm Drahtseil stellt eine ausgezeichnete Wahl dar, während 2 mm Drahtseil aufgrund seiner Starrheit weniger geeignet ist. In der folgenden Darstellung erfährst du, wie die Feder mithilfe von Schlaufen, Aluminiumhülsen und Schrumpfschlauch am Drahtseil befestigt wird.
Das Ende – oder der Anfang …
Je nachdem wo man steht, ist das der Anfang oder das Ende des Spannsystems.
An dem Drahtseil werden mehrere Aluminium-Hülsen durch Crimpverfahren angebracht. Diese Hülsen werden während des Spannvorgangs in die vordere Aufnahme des Drahtseils fixiert.
Der Hocker verteilt die Spannkraft auf das Werkstück
Ich nenne des rechteckige Bauteil einfach „Hocker“. Je höher der Hocker er ist, desto mehr „Spann-Kraft“ wirkt als „Druck-Kraft“drückt auf das Werkstück und sorgt für eine feste Arretierung.
Schlußwort
Wenn diese kleine „Erfindung“ genau das ist, wonach du bisher vergeblich gesucht hast, wäre ein **kurzer Link** zu diesem Artikel hilfreich für andere Leser, die ebenfalls nach dieser Lösung suchen. **Die Drahtenden sollten mit Schrumpffolie isoliert werden.** Ansonsten kann es schnell passieren, dass du dir den Finger verletzt. Eine Schlaufe am Anfang des Seils, wo du es anfasst, um Spannung aufzubauen, erleichtert die Handhabung erheblich – besonders dann, wenn ein Gehäuse um den Laser konstruiert ist. **Falls der Wabentisch nicht auf Führungsschienen montiert ist** und direkt auf dem Boden liegt, musst du zusätzlich einige Spannklammern als „Fußersatz“ drucken. Für weitere Informationen, wie ich einen ausziehbaren Wabentisch gebaut habe, kannst du [hier nachlesen](https://alltag-0815.de/ausziehbarer-wabentisch-fuer-dioden-lasercutter-im-gehaeuse/laserbearbeitung/14424/). Ein entscheidender Aspekt ist die Auswahl der richtigen Schubladenschienen; du solltest Schubladenführungen verwenden, die einen Vollauszug ermöglichen. Ein Paar dieser Schienen kostet zwar etwas über 30 Euro, doch nur so erhältst du einen funktionalen Wabentisch zur Festmontage in einem Laser-Gehäuse, das aus den Aluminium-Konstruktionsprofilen der Bauart von 2020 gefertigt ist. Ich werde die **STL-Dateien für den 3D-Druck** in Kürze zur Verfügung stellen. Die Teile wurden auf einem Anycubic i3 Mega und einem Creality Ender-5 S1 mit Sonic Pad gedruckt. Ich empfehle eine Füllung von bis zu 100%. Je steifer die Spannbacken sind, desto fester sitzt das Werkstück, was die Sicherheit beim Spannen erhöht.
Wenn Du eine wellige 4 mm Sperrholzplatte lasern möchtest, benötigst Du mehrere Spann-Gurte für Deinen Wabentisch. Bisher habe ich verzogene Platten mit schweren Eisenteilen beschwert, jedoch sind diese oft zu dick und behindern die Düsen des Air-Assist.
Diese Befestigungstechnik ist nicht nur für Aluminium-Wabentische, auch als „Honeycomb-Arbeitstische“ bekannt, geeignet. In abgewandelter Form lässt sich diese Methode auch auf höhenverstellbaren Tischsystemen für CO2-Laser (z.B. K40 aus China) anwenden.
Dank unterschiedlich dimensionierter „Höcker“ kannst Du variieren, wie viel Druckkraft auf das Werkstück ausgeübt wird.
Je nach Stärke der verwendeten Zugfeder wird das Werkstück unterschiedlich fest auf dem Arbeitstisch beziehungsweise Wabentisch fixiert. Bis zu 8 Bar (bei meiner Auswahl der Feder) hielt die Drahtseil-Spezialvorrichtung sowohl kleinere als auch größere Werkstücke sicher an ihrem Platz. Im Nachhinein stellte ich jedoch fest, dass die Verspannung des Bauteils auf dem Wabentisch innerhalb der Laserumhausung sehr kraftaufwendig war. Eine mögliche Lösung besteht darin, ein weniger straff gespanntes Drahtseil zu verwenden, bei dem die Spannung mit der „Höhe der Hocker“ leicht angepasst werden kann.
