• 24.01.2025

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Laser und CNC-Fräsen 2

laser

» Artikel vom

Gastautor: Lerby

Dieser zweite Artikel der Serie vertieft die Einsichten rund um CNC-Fräsen in Bezug auf Lernkurve, Gefahren, Nutzen, Tipps & Tricks. Meine Erfahrungen stammen aus der Benutzung eines Geräts der gehobenen Unterklasse mit einer 500 Watt Spindel und einer Mechanik, mit der man Hartholz bis zu 4 cm Dicke klein bekommt. Wollte diesen Artikel zuerst bringen, damit man beim Laser Artikel danach zu schätzen weiß, wieviel leichter alles ist.

Diese hier, aber mit der 500-Watt-Spindel, siehe https://www.amazon.com/dp/B0D8T9CQVV/
Hinweis: Es gibt auch Laseraufsätze für CNC-Fräsen, von denen ich abrate. Ihr bekommt da eine Unmenge an Problemen von Fräsen und Lasern in einem Gerät. Der Laser hat weniger Durchschlagskraft, die Fräsen sind schwer zu erlernen und bedienen.

Ausstattungsmerkmale einer CNC-Fräse

Größe des Arbeitsbereichs – wie groß sollte das Ding sein für die Projekte, die man angehen möchte?

Achsen – normalerweise reichen 3 Achsen, mit denen man die sogenannten 2,5 Dimensionen
machen kann, also wo man x/y steuern kann als Vektor und die z-Achse schrittweise abtaucht, um Lagen abzutragen.

Material – ich arbeite fast nur mit Holz, aber es gibt natürlich Anwendungen für Plastik, Metall, usw.

Spindel – wie hoch ist die maximale U/min und die Leistung. Bei mir sind es 12k U/min und 500 W. Ich habe damit schon 3 cm tiefe Schüsseln aus Hirnholz gefräst. Generell gilt: Man kann auch vieles mit weniger Leistung und U/min machen, aber es dauert länger und man muss vorsichtiger bei den Einstellungen sein, damit nichts kaputtgeht. Aber nehmt nicht viel weniger als die 12k U/min und 500 W, denn man kann auch kleiner anfangen und später aufrüsten – auch im Bausatzprinzip.

Genauigkeit – also die Auflösung in Millimetern. Dabei gilt: Wer’s unter 1 mm haben will, sollte über einen Laser nachdenken.

Steuerung – wer bei dem Thema neu ist, sollte mit dem GARBL Protokoll anfangen, also keinen esoterischen Hobel anschaffen, mit dem keine normale Software läuft.

Bauweise – es muss Stahl oder Aluminium sein. Teile aus Plastik sind Spielzeug.

Spannsystem – nachschauen, welche Spindeln man damit betreiben kann, falls man später aufrüsten möchte.

Schneller Not-Aus Schalter – glaubt mir, das muss sein. Wenn die Fräse wie unten beschrieben 3 cm tief ins Holz eingetaucht ist und loslegen will, ist das eine gute Sache, dies zu verhindern.

Dicke der Fräseinsätze – die Maschine sollte mit Spannzangen von 3 mm und 6 mm umgehen können. Damit hat man 98 % des Angebots der verschiedenen Fräser.

Kühlung – wer mit Metall arbeiten will, muss auf Wasserkühlung setzen. Bei meinen Holzarbeiten hatte ich keine Probleme.

Software / Treiber

Ich benutze zwei Programme. Eins für CAD und CAM (im ersten Artikel beschrieben) und eins für den G-Code-Generator / Treiber für die Fräse.

Die ersten beide Schritte beim CNC-Fräsen: CAD und CAM

Für CAD/CAM nehme ich Carveco Maker. Kostet monatlich 15 US-Dollar, der Support war bis dato gut, man kann das mit 3 Sessions zu 45 Minuten halbwegs gut lernen. Das Zeichnen an sich nervt dabei am meisten, weil Programme wie Excel viel ausgereifter sind, und Carveco einem vorkommt, als wäre es 1988. Aber ok, ich hab’s überlebt. Der CAM Vorgang ist zunächst leicht zu lernen, aber man macht dabei die meisten Fehler, weil man auf 10 bis 15 Dinge achten muss, und im Gefecht – oder beim 4. Versuch – schnell was vergisst.

Zum CAD Aspekt gibt’s wenig zu sagen, deswegen nur ein Überblick zum CAM:

Man selektiert einen oder mehrere Vektoren (Kreis, Zylinder, Stern usw.) und erstellt einen Werkzeugweg / Toolpath. Dazu wählt man die Fräse aus (Länge, Durchmesser, Form), wie tief man den Vektor einschneiden will, wie schnell man auf x/y unterwegs sein will und wie schnell auf z. Dazu gibt man ein, in welcher Höhe die Fräse sicher über dem Material laufen kann, ohne die Klammern zu berühren bzw. zu zermalmen. Dann gibt es sehr viele kleine Einstellungen, ob man beim ersten Eintauchen etwas seitlich schneiden will (weniger Druck auf das Gerät), und wieviel Millimeter oder halbe Millimeter man pro Vorgang reinfräsen möchte, denn aus Geschwindigkeit x der gefrästen Oberfläche berechnet sich der Chip Load oder Spanabnahme, und die ist limitiert von U/min und Leistung der Spindel. Gerade bei dem CAM Aspekt sollte man sich Tutorials und Youtube-Videos reinziehen, und mit einfachen Vorgängen üben. Was tierisch nervt ist, dass sich Vektoren nicht überschneiden können. Man muss die explizit zusammenführen, sonst wird das nichts. Das ist dem Laser z.B. vollkommen egal. Aber dafür gibt es in jeder CAM Softare einen "trouble shooter" oder "Vector Doctor". Es nervt, aber das lernt man auch.

Noch was zum Thema Toolpath:

Die verschiedenen Arten sind Ausschneiden (nennt sich Konturbearbeitung …) oder Bearbeiten von Kanten. Es gibt auch Planfräsen, wo man Material aus einer Fläche entfernt bzw. eine Fläche glättet. Eine Art von Planfräsen ist das Erstellen von Taschen, wo man meist aus einem Stück das Material herausfräst, und das Gegenstück herausschneidet, um es dort draufzustecken. Dazu noch Bohren und Nuten, Schneiden.

Man kann den Toolpath auch in mehreren Abschnitten machen. Man kann mit einer größeren Fräse für's Grobe loslegen und dann mit einer feineren Fräse sauber zu Ende verarbeiten.

Vorsicht bei der Auswahl von CAM/CAD Software

Es gibt stundenlange Tutorials auf der Tube, die einem beweisen, welche CAM/CAD am tollsten ist. Tut Euch die nicht alle an. Schaut Euch zwei der Gängigen an, fragt die K.I., welche die schlimmste Lernkurve hat, nehmt die andere und versucht es. Ich kam mit CarveCo gut aus mit dem gelegentlichen Faustschlag Richtung Monitor. Ich hab Fusion 360 versucht, aber für den Anfänger ist das nichts, da standen mir auch nach 4h Schulung / Tutorials noch die Haare zu Berge. Ich habe kurz mit Vectric experimentiert, hatte dann anderes zu tun. Wer Erfahrungen hat, wäre schön, was darüber zu hören.

Der letzte Schritt beim CNC-Fräsen: G-Code Generator (eigentlich G-Code Schicker)

Das CAD/CAM Programm übersetzt den Toolpath in G-Code. G-Code ist eine überraschend leicht zu lesende Sprache, die die CNC-Maschine anweist, wo sie sich wie schnell hinbewegen soll und wie schnell sich die Spindel dreht. Man kann damit auch bestimmen, wann man anderes Werkzeug einspannen will (teure Maschinen machen das auch selbst) und die Kühlung steuern, was bei mir aber nicht zutrifft. Dazu braucht man noch einen firmware controller (ich benutze GRBL), mit dem der G-Code Schicker den G-Code der Maschine überträgt. Mein G-Code Schicker ist "Universal GCode Sender (UGS)". Der kommt etwas steinzeitlich rüber, läuft aber zuverlässig. Als ich UGS mit meiner Maschine verbunden hatte, gab es danach kein Hin und Her mehr. Die Fräsen lassen sich mit USB-Kabel oder per Netzwerk an den G-Code Schicker anschließen. Ich mach's per Kabel, da geht weniger schief.

Dann kann es losgehen: Bei der Maschine die xyz Achsen auf 0 einstellen und sicherstellen, dass das eingespannte Stück so liegt, dass der XY-Ursprung auch die linke untere Ecke des Werkstücks ist, die Spindel hochfahren, und beim G-Code Schicker auf "Start" drücken. Tut Euch einen Gefallen, und schaut kein einstündiges Video zum G-Code oder taucht in die Theorie ab. Das kann man machen, wenn man wie ein Ochs vorm Berg steht und z.B. nicht versteht, warum die Maschine in dem sauber aussehenden Toolpath einen Haken einschlägt. Das kann man auch gerne machen, wenn man das einfach wissen will, aber bei der Breite der Aufgabe hilft es nicht, die ersten paar Projekte über die Bühne zu kriegen.

Thema Sicherheit

Passt auf die Lunge auf!
A – es braucht eine Saugvorrichtung mit HEPA Filter.
Wenn es nicht saukalt draußen ist, zur Not auch am offenen Fenster, aber da sollte man nicht sparen und

B – bringt eine Vorrichtung am Fräser an, der unten Borsten hat, damit der Dreck auch abgesaugt werden kann. Diese Vorrichtung schützt auch vor abgebrochenen Fräsern, oder wenn ein größeres Stück vom Werkstück abbricht.

C – Schutzbrille auf !!!
Wenn der Fräser abbricht und mit 12k U/min losfliegt, kommt man ungeschoren davon, es sei denn, ein Teil fliegt in die ungeschützte Visage ...

Pro Tipps

Wenn man denkt, ein Projekt sei mit der CAD/CAM Phase soweit fertig, sollte man – gerade am Anfang – Folgendes machen: statt das ganze Projekt an die Fräse zu schicken und anschließend geht nach 45 Minuten etwas schief, sollte man das Projekt mit einer viel kleineren Schnitttiefe losschicken und am besten in weiches Holz, d.h. das eigentliche Projekt in viel kleinerem Rahmen simulieren.

Nichts nervt mehr, als wenn 45 Minuten Arbeit im Eimer sind, weil der Fräser beim Zurückfahren auf 0 eine Schneise der Verwüstung hinterlässt, weil man die sichere Höhe der z-Achse zu niedrig eingestellt hat.

Immer daran denken: Macht die Spindel an, bevor ihr den G-Code an die Maschine schickt.

Die Schnitttiefe eines Projekts darf man bei einem Ausschneiden nicht zu tief einstellen, sonst fliegt das ausgeschnittene Stück hin und her, nachdem es ausgeschnitten ist und die Fräse weiter herunterbohrt und weiterschneiden will. Man kann auch ungefähr 0,2 mm ungeschnitten lassen, und den Boden des Stücks abschleifen, um dies zu vermeiden.

Wenn Ihr Staub macht, seid Ihr mit der Geschwindigkeit oder Schnitttiefe nicht aggressiv genug. Es soll Späne geben, nicht Staub!

Spannt das Werkstück so ein, dass es wirklich sicher drin ist, und dass die Klammern aus dem Weg sind. Jedoch: Wer nach drei bis vier Stunden noch keine Fräse zerballert hat, ist zu vorsichtig ...

Wenn man die sichere Reisehöhe der z-Achse höher einstellt hat, als die Fräse gehen kann, ballert die Fräse beim Hochfahren an die physische z Grenze. Der G-Code Treiber weiß das aber nicht und denkt, dass die Fräse so hoch ist wie die sichere Reisehöhe der z-Achse. Senkt sich dann anschließend für den nächsten Schnitt zu tief ab, und schwupps, ist die Fräse im Eimer, alles neu einstellen, usw.

Nach dem Ablauf eines Programms kann sich der Nullpunkt des Geräts verstellen. Wenn man dann mit dem nächsten Vorgang loslegt, gräbt sich die Fräse 2 cm in das Holz, legt los, Fräse kaputt, rinse and repeat.

Verlauft Euch nicht in endlosen Tutorials auf der Tube. Wenn Ihr Bock auf das Thema habt, legt Euch eine Maschine zu 600 bis 1000 Euro zu. Probiert zwei Wochen kostenlos den "Carveco Maker" und testet dann noch eine andere Software aus. Man sollte hier erst die Kette der Vorgänge verstehen und ausprobieren und erst dann vertiefen. Software und Treiber kann man beim Hochrüsten des Gerätes umstellen.



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