Warum baue ich mir überhaupt eine CNC Fräse?

 

Da ich mich intensiv mit Modellbau beschäftige, wurde mir schnell klar, dass eine CNC-Fräsmaschine für meine Projekte eine nützliche Ergänzung wäre.

Natürlich war es kein Thema, eine Fräsmaschine zu kaufen, also entschied ich mich, eine Fräse selbst zu bauen.

Die Y-Achse sollte 400mm Arbeitslänge besitzen und wird mit einer 12mm Trapezgewindespindel angetrieben.

Die X-Achse sollte 380mm Arbeitslänge besitzen und wird ebenfalls mit einer 12mm Trapezgewindespindel angetrieben.

Die Z-Achse hat eine 12mm starke und 250mm lange Trapezgewindespindel.

Als Antrieb kommen drei NEMA17- 59Ncm Schrittmotoren zum Einsatz.

Alle Achsen wurden auf 16mm Edelstahl-Rundprofile und passendem Linearlager montiert. Zur besseren Stabilität habe ich die Rundprofile der X- und Y-Achse auf Alu-Winkelprofil 40mmx40mmx5mm geklebt.

Das Grundgerüst habe ich aus Holz gefertigt. Es ist stabil genug um auch NE-Metalle zu bearbeiten.

Der Fräsmotor ist ein Antrieb einer Oberfräse. Diese ist in der Drehzahl regelbar und besitzt ausreichend Power.

Hier ein paar Bilder, die während der Bauphase entstanden sind.

Die Elektronik ist selbstentwickelt und besteht in erste Linie aus Schrittmotortreiber und Elektronik zum Ankoppeln an die LPT-Schnittstelle eines Tower-PC’s. Die Steuersoftware ist Mach-3 und liefert die Steuerimpulse für die Schrittmotortreiber über die LPT-Schnittstelle des PC’s. Zusätzlich habe ich Sensoren zum Nullpunktsetzen eingebaut. Eine kleine Webcam ermöglicht die Erfassung der Werkstückgröße.

Mit dieser Fräsmaschine kann man Holz, Aluminium und Messing bearbeiten.

Multikopter

Ein Mikrokopter, auch Quadrokopter, Hexa- oder Oktokopter ist ein Fluggerät, das lediglich mittels Propeller fliegt. Die moderne Elektronik macht es möglich, dass diese Fluggeräte sogar in der Lage sind autonom zu fliegen. Dabei kommen Sensoren wie z.B. elektronische Kreisel (Gyros), Beschleunigungssensoren (ACC), Druckmesser, Magnetsensoren, und nicht zuletzt GPS-Empfänger zum Einsatz.

Die Gyros erkennen Lageänderungen und erzeugen dabei Signale, die im Bordcomputer ausgewertet werden und Steuersignale  für die Motoren erzeugen. Der ACC hat die Aufgabe einer 3D-Wasserwaage. Er erzeugt Signale, die der Computer für die Ermittlung einer Referenz für die Gyros benötigt, da diese ja nur eine Änderung ermitteln.

Der Druckmesser erkennt kleinste Änderungen des Luftdrucks in der Atmosphäre. Da der Luftdruck nach oben hin konstant abnimmt, kann dieser für die Höhenkorrektur verwendet werden. Somit kann man den Mikrokopter auf eine bestimmte Höhe halten.

GPS und Magnetfeldsensor (Kompass) ermöglichen ein Halten auf einer bestimmten Position, bzw.  das Anfliegen festgelegter Wegpunkte.

Damit sich der Kopter um die eigene Längsachse drehen (Gieren) kann, drehen jeweils ein Propellerpaar links bzw. rechts herum.

Für den Antrieb kommen Brushless-Motoren zum Einsatz. Diese müssen mit schnellen Reglern angesteuert werden und in der Lage sein, auch auf  Windböen schnell genug zu reagieren.  Diese können wahlweise über 500Hz PPM oder aber über I²C-Bus angesteuert werden.

Da ich gern selbst löte und man eventuell auch etwas Geld sparen kann, habe ich mir die Leiterplatten bestellt und selbst bestückt. (Ist  eine ziemliche Friemelarbeit und für ungeübte Löter  keinesfalls zu empfehlen. Ich hab mal ein paar Fotos zusammengestellt…)

QC-Copter

Meine ersten Erfahrungen mit Multicopter habe ich mit dem Quadrocopter QCIII gesammelt. Der QCIII ist mit einem ATMEGA 328P ausgestattet.

Mikrokopter

Auf der Suche nach einer neuen Herausforderung habe ich mich dem Bau eines Mikrokopters zugewendet. Dieser ist in der Lage über Höhensensor die Höhe zu halten. Außerdem unterdrückt ein elektronischer Kompass unerwünschtes gieren.

Da ich immer gern eine Herausforderung suche, habe ich eine Leiterplatte selbst entwickelt. Unten rechts sieht man den Luftdrucksensor für die Höhe (Quadratisches Bauelement mit Loch in der Mitte). Links daneben befindet sich der ACC (quadratisch, schwarz) und ganz links unten sind zwei der drei Gyros. Ziemlich mittig befindet sich der Microcontroller.

 

Mitlerweile fliege ich auch über Kompass und GPS.

 

Statt ein Fertiggerät zu kaufen, lassen sich Lasercutter auch selbst zusammenstellen. Eine Maschine mit X-, Y-, und Z-Achse und eine Laserdiode müssen her.

Ich habe bereits einige Erfahrungen im Bereich CNC sammeln können. So habe ich eine CNC-Fräsmaschine gebaut, ebenso habe ich für kleines Geld einen 3D-Drucker-Bausatz gebaut. Später habe ich eine Eigenkonstruktion aus Aluminiumprofilen gebaut. Die Mechanik hat sich bewährt. Diese habe ich dann für den Bau eines Laser-Cutter in etwas verbesserter Form verwendet. Als Laserdiode kam ein 40W Lasermodulkopf, 450nm (blau) Laser zum Einsatz. Die 40W beziehen sich aber auf die Eingangsleistung – auch wenn da „40W Out“ draufsteht. Die Laserleistung beträgt vielleicht 10-20 W.

Will man nicht nur spielen, sondern sinnvoll mit seinem Laser arbeiten, sollte man in die Technik investieren. Im Vergleich zu einem CO₂-Laser ist das Dioden-System sehr einfach zu nutzen und extrem zuverlässig. Wasserkühlung und der Einsatz von Hochspannung entfallen völlig. Die Verarbeitung des Lasermoduls ist tadellos und es funktioniert seit vielen Stunden problemlos. Der Fokus ist fest und beträgt etwa 25mm. Damit kann man selbst 3-4mm Birkensperrholz schneiden. Die Leistungsregelung des Strahls erfolgt über ein 5V PWM-Signal.

Sicherheitshinweise

Laser-Graviergeräte sind kein Spielzeug!!! Laser der Leistungsklasse 4 können selbst durch eine diffuse, indirekte Reflexion zur sofortigen Erblindung führen. Sollte es zu einem Schaden – auch an anderen – kommen, wird keine Versicherung dafür aufkommen. Verfahren wegen Körperverletzung o.ä. wären ebenfalls nicht auszuschließen.

Um jedes Risiko zu minimieren, nutze ich den Laser nur allein, schließe die Tür der Werkstatt ab und mache die Rollläden der Fenster zu. Sobald die Maschine mit Strom versorgt wird, trage ich eine geeignete Schutzbrille und blicke nie direkt in Richtung des Brennpunktes, wenn der Laser eingeschaltet ist. Zusätzlich habe ich ein Farbfilter vor dem Laser gebaut, damit auch bei zufälligem Einschalten des Lasers die Augen geschützt sind.

Die Brille sollte zertifiziert sein und eine ausreichen Absorptionswirkung im passenden Wellenlängenbereich aufweisen. Meine hat einen Schutzfaktor von OD7, schwächt also das Licht auf 1/1000000 des Ausgangswertes ab, was für den Schutz vor reflektierter Strahlung ausreichen sollte. Auch die Haut kann von der Strahlung geschädigt werden und sollte dementsprechend geschützt werden.

Genauere Informationen, welche Maßnahmen beim Betrieb von Laseranlagen zu treffen sind, finden sich in der Unfallverhütungsvorschrift Laserstrahlung der Berufsgenossenschaften Metall.

Hier ein paar Bilder von meinem Eigenbau-Laser Engraver/Cutter.

Ein weiteres Hobby von mir ist Amateurfunk.

Der Amateurfunk ist ein Funkdienst, der von ordnungsgemäß befugten, lizensierten, an der Funktechnik interessierten Personen ohne finanzielle Interessen zu Zwecken

• der gegenseitigen Verständigung und
• technischer Untersuchungen
• Zur Ausbildung

betrieben wird.

Er erfolgt über Kurzwelle, Ultrakurzwelle,  über Satelliten, der Weltraumfunkstellen an Bord von Erdsatelliten (Amateurfunksatelliten oder Raumstationen). Neben der Morsetelegrafie erfolgt der Amateurfunk über Sprache, digitalen Betriebsarten bis hin zum Amateur-TV.

QO-100

Der erste geostationäre Amateurfunksatellit QO-100 («Qatar-OSCAR 100». OSCAR ist die Kurzform für «Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio») auf Es’hail-2 wurde am 15. November 2018 gestartet. Er ist ein Gemeinschaftsprojekt der Qatar Satellite Company (Es’hailSat), der Qatar Amateur Radio Society (QARS) und AMSAT Deutschland (AMSAT-DL).

Er besitzt eine geostationäre Umlaufbahn mit einer Position auf 26° Ost besitzt.

Über diesem Satellit kann man Sprechfunk, digitale Betriebarten sowie Amateur-TV betreiben. Ich bin seit Mai 2020 in der Lage, über diesen Satelliten zu senden.

SDR-Empfänger für die Kommunikation mit QO-100

mein Funkgerät im Einsatz