Laser und CNC-Fräsen 1

Gastautor: Lerby

Drei Anmerkungen vorweg:

Dieser erste Artikel ist eine Übersicht, um verschiedene Aspekte von Lasern und CNC-Fräsen zu vergleichen. Die nachfolgenden Artikel werden eine Vertiefung sein – einer zu Lasern, einer zu CNCs.

Ich beziehe mich nur auf Geräte für den privaten Einsatz bzw. für die Anwendung in Kleinstbetrieben. Ich habe keine Erfahrung, wie große Firmen diese Geräte einsetzen oder was damit möglich ist.

Mein Laser ist ein 20-W-Diodenlaser, Kosten 800 USD. Meine CNC-Fräse hat 600 USD gekostet und war mehr ein Bausatz. Von der Investition her sind die Geräte also in etwa der gleichen Klasse.

Anwendungsbereiche

Laser für den Privatgebrauch gibt es seit 2010 dank Fertigung in China. Die ersten Geräte waren Diodenlaser bis 10 W Leistung, später gab es die bis zu 20 W. Die eignen sich zum Gravieren verschiedener Materialien oder zum Schneiden von dünnem Sperr- oder Weichholz - aber nur bis 6 mm Dicke. Ungefähr ab 2020 kamen die 40-W-Laser, die Holz bis zu 25 mm schneiden können. Da geht es dann aber mit Brandgefahr, Gestank und Kühlvorrichtungen los.

CNC-Fräsen sind dazu da, Material zu schneiden oder zu fräsen. Die einen bearbeiten Hartholz bis 40 mm, je nach Stärke der Frässpindel. Die können auch gravieren, man scheitert dabei aber schnell an der groben Auflösung und der komplizierteren Bedienung.

Liste der Unterschiede – Für und Wider

Auflösung

Mein Laser schafft eine Auflösung von 500 DPI, also ca. 0,06 mm pro Schritt. Praktisch ergibt das eine Trennschärfe von 0,2 mm. Striche oder Kurven sind klar voneinander zu unterscheiden. Das funktioniert, weil der Laser das Material verbrennt bzw. versengt, ohne mechanischen Druck auszuüben oder das Material zu berühren.

Die CNC-Fräse gräbt sich mechanisch ins Material und schneidet möglichst sauber - nicht zu schnell, hohe Drehzahl, aber nicht zu langsam, sonst verbrennt es. Meine Spindel läuft mit 12.000 U/min. Mit einem hochwertigen Fräser kann ich 2 mm dicke Bahnen schneiden und erreiche eine Trennschärfe von 3 bis 5 mm. Der Laser ist also 10- bis 20-mal „genauer“.
Ich würde nie mit der CNC gravieren und im Gegensatz dazu mit dem Laser kein dickeres Holz schneiden wollen.

Wie funktioniert es?

Bei beiden Geräte hat die Verarbeitung drei Schritte:

a) Ein CAD-Programm, um Formen, Vektoren oder Bilder zu erstellen. Ein Malprogramm.
b) Ein CAM-Programm, um die CAD-Zeichnung in einen „Werkzeugweg“ (Toolpath) zu übersetzen.

Dabei muss man einige Parameter einstellen:

den Fräser (Dicke, Material, Tiefe, Form)
die Geschwindigkeit entlang der verschiedenen Achsen
die Schnitttiefe pro Arbeitsschritt
die Spindeldrehzahl und das zu bearbeitende Material

Bei Lasern entfallen die meisten dieser Einstellungen, weil der „Fräser“ ein 0,05 mm breiter Feuerstrahl ist. Laserprogramme fragen oft nur die Materialart und -dicke ab und berechnen den Werkzeugweg automatisch. Bei CNCs ist noch mehr los, aber dazu mehr im CNC Artikel.

c) Der G-Code-Generator, der den Werkzeugweg in direkte Bewegungen des Lasers oder der CNC entlang der Achsen übersetzt.

Weil bei Lasern weniger einzustellen ist, sind diese drei Schritte meist in einem Programm vereint (z. B. LightBurn oder die Software meines WeCreat-Lasers). Bei CNCs benutzt man in der Regel zwei Programme: eines für CAD/CAM und eines für den G-Code. Bei CNCs kommt noch dazu, dass man mit dem CAM die Verarbeitungsgeschwindigkeit optimieren muss, sonst wartet man Stunden länger, bis das Projekt gefräst ist.

Pro und Contra

Krach

CNC-Fräsen sind Krawallschachteln. Man sollte dringend auf eine Spindel setzen statt auf eine normale Oberfräse, sonst hat man stundenlanges Gekreische. Der Laser bleibt bei unter 65 dB.

Staub/Gestank

CNCs erzeugen - je nach Anwendung - Feinstaub, bitte nicht auf eine HEPA-Saugvorrichtung verzichten - und nein, nicht an die, die Supafly2 jetzt denkt. Beim Laser braucht man eine Rauchabsaugeanlage oder führt den eingebauten Schlauch nach draußen. Bei mir geht das einigermassen, aber bald werde ich mir das Rauchabsauggerät zulegen (ca. 400 USD), weil es draußen saukalt ist.

Aufwand für die ersten Schritte

Beim Laser legt man das Material ein, das Gerät stellt sicher, dass das Fräsbild und das Material überlappen, Autofokus und los geht's.

Bei der CNC wird man am Anfang mehrere Fehler machen. Beispiel: Man vergisst im Gefecht, die Spindel anzuschalten, und der Fräser bricht beim Eintauchen ab (mir 5x passiert). Das bedeutet: neuen Fräser holen, einspannen, x/y/z neu justieren – Zeit und Nerven.

Schwierigkeiten

Beim Laser: Material einlegen, Bild machen, Autofokus. Bei der CNC muss das Material sicher eingespannt werden, das dauert mehrere Minuten und nervt, wenn man etwas zum dritten oder vierten Mal macht. Dann muss man drauf achten, dass die Spindel nicht die Klammern erwischt und nicht dagegen ballert. Wenn man den Werkzeugweg zu schnell einstellt, bricht der Fräser ab oder verbiegt sich, so dass das Resultat aussieht, als wäre ein Besoffener drangewesen. Ist man zu langsam, wird das Werkstück angesengt. Wenn man zuviel Material pro Schritt abträgt, verbiegt sich der Fräser oder bricht ab. Zu langsam - dann wartet man Stunden länger. Mehr dazu in den folgenden Artikeln.

Fazit

Ich kann nur empfehlen, etliche Konzepte mit einem Laser zu erlernen. Damit hat man wenigen Versuchen vorzeigbare Erfolge und kann die einzelnen Schritte in Ruhe vertiefen. Als Hobbyschreiner habe ich durch Gravuren mein Anwendungsspektrum erweitert, z.B. graviere ich auf Schneidebrettern Diagramme ein zum Konvertieren von Maßeinheiten in der Küche, weil die Amis das metrische System weiterhin verhindern.

Die CNC-Fräse ist mittlerweile zum kostenlosen Lehrling in meiner Werkstatt mutiert und übernimmt ohne zu meckern viele Frondienst. Aber Leute, ich habe Monate gelitten, bis es soweit war.

Mehr dazu in den nächsten beiden Artikeln!

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