Laser Noob : Premiers pas avec le laser K40

Pourquoi dépenser des milliers d'euros pour un découpeur/graveur laser alors que vous pouvez dépenser aussi peu que 350 $ expédiés à votre porte ? Bien sûr, ce n'est pas aussi agréable que ces machines domestiques sophistiquées, mais le courageux K40 est le petit laser qui le peut. Dirigez-vous simplement vers Al's Laser Emporium et prenez-en un. Oui, cela ressemble à une annonce de concessionnaire de voitures d'occasion, mais est-ce loin de la vérité ? Continuez à lire pour le découvrir!

Les machines de découpe et de gravure au laser existent depuis des décennies. Tout comme les imprimantes 3D, elles étaient à l'origine incroyablement chères pour quelqu'un qui travaillait à la maison. Le laser Epilog se rapprochait le plus d'un laser amateur, ce qui coûterait encore entre 10 000 et 20 000 dollars pour un petit système laser. Quelques entreprises ont essayé l'Epilog et ont plutôt bien réussi, notamment Adafruit qui offrait des services de gravure au laser sur ordinateur portable.

Au cours de la dernière décennie, les choses ont changé. La Chine s'est impliquée, et tout à coup, il y avait des lasers bon marché sur le marché. Actuellement, il existe plusieurs modèles de laser à faible coût disponibles dans différents niveaux de puissance. Le plus populaire est le plus petit – un modèle de 40 watts, surnommé le K40. Il existe de nombreux fabricants et il y a eu de nombreuses versions au fil des ans. Cependant, ils se ressemblent tous : une boîte en tôle bleue avec le tube laser monté à l'arrière. Le compartiment de coupe est à gauche et l'électronique à droite. Les versions précédentes étaient livrées avec le logiciel Moshidraw et une interface parallèle.

La mécanique du K40 n'a pas beaucoup changé, mais l'électronique a été mise à jour vers USB avec des pilotes pas à pas modernes. Ne vous méprenez pas, ce ne sont pas des machines "de qualité". Ils sont construits à un coût. Les interrupteurs de verrouillage sont inexistants. La protection contre la surchauffe du tube est votre problème. Alarme de faible débit d'eau de refroidissement ? Non, mieux vaut surveiller cela soi-même. Le lit de coupe ressemble à un mélange d'une réflexion après coup et de pièces que quelqu'un a trouvées dans le bac de pièces de rechange. Le conduit d'évacuation est acheminé de 3 pouces dans la zone de coupe. En d'autres termes, ce sont les machines parfaites pour un pirate informatique.

Je regarde le K40 et des machines similaires sur eBay depuis des années. À l'origine, ces machines étaient expédiées de Chine. C'était un coup de dés si un grand tube de verre rempli de gaz lourd survivrait au voyage à l'autre bout du monde. Aujourd'hui, de nombreuses machines sont expédiées depuis la Californie et d'autres ports des 48 États inférieurs. Je suppose que les machines sont expédiées dans un entrepôt ici aux États-Unis, testées, puis les bonnes unités sont envoyées aux clients.

Avec tout cela à l'esprit, j'ai finalement décidé de me lancer et d'obtenir un laser K40. Mon premier problème a été de décider quel laser acheter. eBay et Alibaba sont criblés d'enchères de vendeurs avec différentes versions du K40. Tout le monde dit qu'ils sont plus récents et meilleurs que les autres. Certains proposent différents ensembles d'accessoires et des éléments tels que l'assistance à l'air, mais coûtent également plus cher. Il y a suffisamment d'informations pour jeter même l'eBayer le plus expérimenté en mode paralysie de l'analyse.

En fin de compte, j'ai décidé d'opter pour l'un des lasers les moins chers (mais pas les moins chers) avec un affichage numérique sur le panneau avant. Mon modèle est également venu avec une lecture de température pour l'eau de refroidissement et des roues - pour ceux qui aiment faire rouler leurs lasers de table.

J'ai cliqué sur le bouton "acheter maintenant" et j'ai commencé à attendre. La machine dans sa caisse de 62 livres prendrait environ une semaine pour être expédiée depuis la côte ouest. Cela m'a donné beaucoup de temps pour commander du matériel de sécurité.

Alors que le K40 peut être bon marché, je ne voulais pas lésiner sur l'équipement de sécurité. Il existe de nombreux vendeurs de lunettes de sécurité laser en ligne. Il y en a beaucoup disponibles en Chine, mais je ne voulais vraiment pas risquer mes yeux sur une entreprise dont je n'avais jamais entendu parler. J'ai fait quelques vérifications et j'ai fini par commander une paire fabriquée par Honeywell. Amazon les avait disponibles sur Prime, alors ils me sont parvenus avant le K40 lui-même. Quelle que soit la paire que vous commandez, assurez-vous qu'elle est conçue pour les lasers CO2. Il existe de nombreux types de lasers, et des lunettes destinées à vous protéger d'un laser médical UV n'aideront pas du tout lorsqu'il s'agit d'un laser IR comme celui du K40. Les lunettes de sécurité IR seront claires, ou presque. Mais ne les confondez pas avec des lunettes de sécurité standard. Ce sont des matériaux spécialement conçus qui vous aideront à vous protéger du faisceau de cécité invisible que votre K40 émet lorsque vos autres mesures de sécurité échouent.

Les lasers brûlent des objets, et il est malheureusement courant que ces objets prennent feu à l'intérieur du laser. Je garde un grand extincteur à poudre sèche ABC près de l'imprimante. Cependant, ce n'est qu'un palliatif. Si vous avez déjà eu à utiliser un extincteur à poudre, vous savez à quel point ils sont salissants. Pour essayer de protéger le K40 et le reste de mon laboratoire, je prévois d'investir dans un extincteur à gaz d'un certain type. Soit CO2 ou Halotron, selon ce qui est le plus sûr pour une utilisation dans une pièce au sous-sol.

Bien que je n'aie jamais l'intention de laisser le laser fonctionner sans surveillance, j'ai aussi des détecteurs de fumée dans mon laboratoire. Enfin, j'ai ajouté un détecteur de monoxyde de carbone pour m'assurer que le K40 ne remplit pas la pièce d'un tueur silencieux.

Hackaday ne fait pas de vidéos de déballage, mais l'impression que j'ai eue en déballant le K40 était qu'il est grand - plus grand que ce que l'on pourrait imaginer à partir des photos. Ma machine mesurait 32″ de large x 19,75″ de profondeur x 10,25″ de haut. Heureusement, j'avais un espace de travail juste à côté d'une fenêtre qui faisait une maison parfaite.

Le laser K40 est refroidi à l'eau. Tous les lasers incluent une pompe de liquide de refroidissement parmi les accessoires. La pompe que j'ai reçue est une merveille de réduction des coûts. C'est une pompe d'aquarium ou de bassin, avec une roue à accouplement magnétique. J'étais inquiet quand après utilisation, j'ai vu de l'eau s'écouler de la pompe sur le cordon d'alimentation 120 V. Il s'avère que le couvercle arrière de la pompe n'est même pas scellé. Ce n'est pas nécessaire. Le stator et les bobines du moteur sont recouverts d'époxy noir. Tant que ce composé d'enrobage est en place, rien ne peut atteindre le moteur. Cela semble bien fonctionner pour maintenir l'eau de refroidissement qui coule. Cependant, je ne peux pas dire que je lui fais entièrement confiance pour la durée de vie de mon tube laser. Un mod peut être à l'avenir pour ce système.

Pour le liquide de refroidissement, j'utilise de l'eau distillée. Mon réservoir pour ces premiers tests est un simple récipient en plastique de la taille d'une boîte à chaussures. Il contient un gallon d'eau et maintient la pompe immergée. Si le laser ne va pas être utilisé pendant quelques jours, je vide l'eau et vide le tube en soufflant dans la conduite d'admission.

Couper des objets avec un laser produira de la fumée et des émanations; c'est une donnée. Le K40 est livré avec un ventilateur d'extraction plutôt anémique, c'est le moins qu'on puisse dire. C'est littéralement un ventilateur d'extraction de salle de bain giflé à l'arrière du laser. La fumée est tirée à travers une fente découpée à l'arrière du boîtier et envoyée dans le tuyau d'échappement. J'ai déjà un grand ventilateur Dayton monté dans la fenêtre de mon laboratoire. Alors que les lames non protégées sont décidément dangereuses, elles déplacent une quantité folle d'air. Ceci, associé au ventilateur d'extraction d'origine, a permis de maintenir l'odeur de bois brûlé et de plastique à des niveaux raisonnables. Cependant, je vais certainement améliorer l'échappement d'origine à l'avenir.

La première étape de la mise en place de l'un de ces lasers est sans doute la plus dangereuse : l'alignement des miroirs. C'est pourquoi j'ai acheté de bonnes lunettes laser. Travailler sur le laser avec les portes fermées est généralement quelque chose que vous ne voulez pas faire car vous ne pouvez pas contrôler où va le faisceau.

Gardez les lunettes de sécurité laser en tout temps, fermez la porte et assurez-vous que personne d'autre n'entre dans la pièce. Mon tube était tellement désaligné que le faisceau est sorti du boîtier par la porte ouverte et a fait une petite marque de brûlure sur le mur derrière mon établi. Cela n'aurait pas été bien si quelqu'un d'autre se tenait là.

Il existe de nombreux didacticiels vidéo pour aligner les miroirs sur un K40. J'ai trouvé celui-ci particulièrement utile. L'idée est de s'assurer que le point laser touche le centre de chacun des trois miroirs dans le trajet du faisceau. Deux des miroirs se déplacent sur une table XY, il est donc important de s'assurer que le faisceau touche le même endroit, peu importe où ils sont positionnés. J'ai utilisé des notes Post-it plutôt que le ruban adhésif du peintre demandé par de nombreux tutoriels. Il est beaucoup plus facile de voir la marque de brûlure sur le Post-It jaune que sur le ruban bleu foncé.

Vous n'avez pas besoin d'un ordinateur pour ces étapes, il suffit de garder les moteurs pas à pas éteints et de déplacer la table à la main. Quand vient le temps de tirer le laser, il vous suffit d'appuyer sur le bouton de test sur le panneau avant. La première chose à aligner est le tube lui-même. Mon tube était tellement désaligné que le faisceau ne frappait même pas le miroir. Le tube est maintenu par deux sangles à ressort en métal. Les anneaux en caoutchouc empêchent les sangles de casser le tube de verre. Plus de caoutchouc agit comme des cales pour aligner le tube verticalement. J'ai enlevé une des cales du côté gauche du tube et l'ai ajoutée à droite. C'est une procédure fastidieuse car un serrage trop fort des vis cassera la partie la plus chère du K40 - le tube laser.

J'ai constaté que même après un alignement, mon K40 ne fonctionnait toujours pas correctement. J'ai nettoyé les miroirs et le tube laser avec de l'alcool, mais cela n'a servi à rien. Enfin, j'ai démonté la tête de mise au point. C'est là que j'ai trouvé mon problème. Il y avait des morceaux de métal à l'intérieur de la tête depuis qu'elle a été usinée. Ces morceaux de métal se trouvaient dans le trajet du faisceau, le perturbant. J'ai retiré le miroir à 45 degrés et la lentille de mise au point, puis j'ai soigneusement nettoyé le tube. Une fois tout remonté, mon K40 était prêt à l'action.

Le laser est livré avec un CD évidemment gravé et une clé USB. Mon ordinateur portable n'a pas de lecteur de CD, alors j'ai inséré la clé USB et j'ai trouvé… rien. Ce n'est pas vraiment un lecteur, mais un dongle pour déverrouiller le logiciel du pilote laser. J'ai dû aller chercher mon lecteur de CD USB avant d'utiliser le K40. La plupart des noms de fichiers sur le disque sont en chinois. Certaines recherches m'ont finalement conduit à un fichier pour Corel Laser. C'est une copie de Corel Draw avec un plugin pour piloter le K40. La copie de Corel Draw est presque certainement une copie fissurée illégale. J'ai eu accès à une copie de base légitime d'un ami qui est passé à Adobe.

En termes simples, CorelLaser vous offre une barre d'outils et peut couper ou graver n'importe quelle image chargée dans Corel Draw. La découpe et la gravure sont cependant des processus très différents. La découpe est une opération vectorielle. Le laser tracera le chemin de chaque ligne de l'image. La gravure est une affaire de trame. Le laser dessinera l'image ligne par ligne, de gauche à droite et de haut en bas. Vous pouvez également effectuer les deux processus sur le même dessin en créant une couche de découpe et une couche de gravure dans le logiciel.

J'ai rencontré des problèmes avec le logiciel assez rapidement. Chaque fois que j'essayais de couper, la tête laser se déplaçait lentement. Changer les paramètres de mouvement n'a pas aidé. Certaines recherches m'ont finalement dirigé vers la page des paramètres de CorelLaser. Ici, j'ai trouvé que le paramètre "carte mère" était erroné. La valeur doit correspondre au numéro de modèle sérigraphié sur la carte mère laser. Bien sûr, la carte mère est montée de telle manière que vous ne pouvez pas lire le numéro de modèle, mais une photo rapide du téléphone portable a résolu ce problème. Mon modèle est 6C6879-LASER-M2. Le micrologiciel de la carte est daté du 2018-01-08, donc la carte doit avoir été construite quelque temps après.

Je m'attendais à ce que CorelLaser soit un gâchis chaud. Honnêtement, ce n'est pas si mal. Il a certainement des bizarreries exaspérantes, mais dans l'ensemble, il fait ce qu'il devrait - conduire les steppers et changer le laser. La principale bizarrerie que j'ai trouvée est la largeur de ligne. Par défaut, Corel utilise "hairline" comme largeur de ligne. C'est plus grand que le trait de scie laser, donc CorelLaser l'interprète comme deux chemins parallèles. Tracer deux chemins proches avec le K40 créera un large désordre brûlant de tout ce que vous essayez de couper. La solution consiste à tout sélectionner dans votre document puis à appuyer sur F12 et à modifier la largeur de ligne à 0,001 mm. CorelLaser fonctionnera alors comme prévu.

Quoi couper ? Comme pour tout découpeur laser, il faut penser aux matériaux à découper. En général, le bois peut être coupé en toute sécurité, tout comme le papier, le tissu, la mélamine, le carton comprimé, le carton mat, le liège, certains caoutchoucs, le cuir naturel et le Corian. La gravure peut être effectuée sur des matériaux tels que le verre, la pierre, l'aluminium anodisé, l'acier (avec un revêtement de gravure au laser) et d'autres matériaux.

Certains plastiques ne doivent jamais être découpés au laser. Tout ce qui contient du chlore, notamment le PVC et le vinyle. La combustion du PVC produit du chlore gazeux, qui tuera l'utilisateur, et de l'acide chlorhydrique, qui rouillera tellement votre K40 que vos proches ne pourront pas en profiter. Un test simple pour le chlore est le test de combustion du fil de cuivre, qui peut être vu dans cette vidéo de 10 ans de [Adam] et [Zach] à NYC Resistor. Le plastique ABS est un autre à éviter. Il a tendance à fondre et est salissant à couper. Il libère également des traces de gaz cyanure. Si jamais vous n'êtes pas sûr d'un matériau, consultez les pages des hackerspaces qui ont des lasers. S'ils ne le coupent pas avec leur laser, vous ne devriez probablement pas non plus.

La découpe et la gravure sont ce pour quoi nous sommes tous ici, n'est-ce pas ? La partie amusante de l'apprentissage du laser consiste à comprendre comment configurer le logiciel pour différents matériaux. Avec un laser, vous avez trois variables avec lesquelles jouer. Puissance laser, vitesse et nombre de passages. La puissance du laser est contrôlée par le panneau avant du K40. Il s'agit soit d'un bouton et d'un milliampèremètre imprécis, soit d'une commande numérique exprimée en pourcentage de puissance. Couper avec plus d'un passage est plus salissant que de couper le matériau une seule fois, alors gardez cela pour quand vous en avez vraiment besoin.

Il existe quelques guides - j'ai trouvé que cette page était un bon point de départ pour déterminer les vitesses et les niveaux de puissance à utiliser pour un matériau donné. J'utiliserai généralement la vitesse de ce site, puis je commencerai à une puissance laser beaucoup plus faible. En testant sur des morceaux de ferraille, je continuerai à augmenter la puissance jusqu'à ce que j'aie une coupe nette. Si la puissance est inférieure à 50 %, je m'en tiens généralement à cela et je n'ajuste pas la vitesse.

Vous devez absolument garder des notes sur ce que vous utilisez. Sur mon laser, j'ai trouvé une gravure profonde sur de l'acrylique de ⅛" à 50 % et 320 mm/s. La découpe de contreplaqué de bouleau de ⅛" fonctionnait mieux à 25 % de puissance et 5 mm/s. Gardez à l'esprit que le contrôle de la qualité sur le K40 est inexistant et que la focalisation du faisceau sera importante, de sorte que votre appareil peut être différent du mien. De plus, des matériaux tels que le contreplaqué et l'acrylique peuvent changer d'un lot à l'autre en fonction de la teneur en humidité et d'autres variables. Achetez toujours du matériel supplémentaire à utiliser comme ferraille pour composer vos paramètres.

Alors, quelle est la qualité du K40 dans un état "stock osseux" ? Plutôt bien foutu en fait. J'ai pu couper ⅛" de contreplaqué de bouleau et ⅛" d'acrylique en un seul passage à moins de 50 % de puissance. Les pièces tomberaient littéralement à chaque coupe terminée. Il s'agit d'un laser, donc bien sûr, il y a quelques carbonisations du bois sur les bords, mais rien qu'un peu de papier de verre ne puisse réparer. Comme test de torture, j'ai pris le fichier .svg du logo Hackaday, l'ai chargé dans CorelLaser, j'ai réglé la largeur de ligne sur 0,001 mm et j'ai appuyé sur go. Le K40 a consciencieusement découpé la clé à molette, ce qui m'a donné un petit puzzle de pièces à reconstituer. Les performances de gravure étaient également bonnes - j'ai pu découper de simples images en noir et blanc (et du texte) dans du bois et de l'acrylique. Je peux voir comment ce serait parfait pour faire des panneaux de contrôle avec des lumières et des interrupteurs étiquetés.

Le K40 est un graveur/découpeur laser bon marché. Cependant, il est très capable, même lorsqu'il est utilisé sans modification. Cela dit, le cutter est une excellente plate-forme de modification. Vous pouvez parier que je vais passer du temps à ajouter des choses comme l'assistance d'air et un meilleur lit à mon K40 ainsi qu'à réduire ce conduit d'échappement.