kerf - Konfiguration der Schnittbreite für images

  • Liebe Mitglieder der community,

    bin sozusagen nagelneu in diesem Forum und hoffe auf Unterstützung. Qualifizierte Beiträge kann ich als newcomer leider noch nicht einbringen.


    Wenn es um Maßhaltigkeit geht, dann wird die Laserschnittbreite interessant. In meinem Fall lasere ich einen Überzugslack von Leiterplatten herunter, um diese dann zu ätzen. Das ist leistungsmäßig mit einem Diodenlaser kein Problem.


    Problematisch ist die Genauigkeit wenn es darum geht, 0,2-0,4 mm breite Leiterbahnen korrekt abzubilden. Einschlägige Videos mit guten Ergebnissen zeigen, dass die Platinen üblicherweise zeilenweise gelasert werden - ich gehe davon aus, dass images als Vorlage dienen; also keine Vektorgrafiken, da auch größere Flächen "weggelasert" werden müssen.


    Sowohl in Lightburn, als auch in laserGRBL fährt der Laser zeilenweise exakt bis auf die Kanten meiner Leiterzüge und die Laserschnittbreite (kerf) sorgt dann aber dafür, dass von der Leiterbahn kaum noch etwas übrig bleibt. Der Laser müsste auf jeder Zeile das Brennen im Abstand kerf/2 vor der zu schonenden Struktur beenden. Ich habe beispielsweise in Lightburn offenbar nur die Option, im Modus "Linie" auch Kerf einzugeben, aber nicht bei Bildern. Die Vorschau zeigt alles korrekt an, aber kerf ist nicht berücksichtigt.


    Da es sich hierbei um ein grundsätzliches Problem handelt, sollte es eigentlich auch eine Lösung dafür gegeben. Ich habe aber keine gefunden.

    Kann jemand helfen?


    Danke und viele Grüße

    Peter

  • Hi Peter,


    bei solchen Problemen definiere ich entweder die Leiterbahnen vorher breiter oder erweitere ich die zu lasernde Kontur der leiterbahnen typisch um den Spot-Radius, damit der Laser nicht zuviel wegbrennt.


    Mit den blauen 3.5W-Laserdioden und 18mm Fokusabstand habe ich etwa 0.1mm Spot-Durchmesser (mit blauen 1.5W-Dioden etwa 0.06mm) ... mit IR-Laserdioden mit einer angeflanschten 0.1mm-Glasfaser (habe ich mit Leistungen von 9, 25 und 30 Watt) erreiche ich einen Spot-Durchmesser von etwa 0.12mm (mit mehr Aufwand bzw. besserer/teurer Optik bis 0.08mm) ... mit einem Faserlaser und "normaler" Optik mit 110x110mm Arbeitsfeld etwa 0.03mm.

    Bei höheren Genauigkeitsanforderungen gibts noch ein paar "Tricks", umd mit dem Faserlaser einen Spot von etwas unter 0.01mm hinzubekommen ... mit den Laserdioden komme ich normal aber kaum unter 0.05mm ... wenn's denn wirklich noch feiner werden muß, dann gaaanz tiefe "Trickkiste" mit dann doch mehr Aufwand, als ich mir momentan antun möchte (ginge dann aber mit Dioden bis 0.03mm, mitm Faserlaser bis etwa 0.003mm) ...


    Viktor

  • Außerdem würde ich Leiterbahnen sehr wohl als Vektorgrafik lasern. Aber als gefüllte.

    Mach dich mal etwas mit der verwendeten Software und der Maschine vertraut. ;)

    Gruß,

    Christian


    „Der größte Feind des Wissens ist nicht Unwissenheit, sondern die Illusion, wissend zu sein.“
    Stephen Hawking

  • ... hier mal ein Beispiel mit einer Laserdiode (erst nur den Lack weggelasert, dann geätzt und Lack mit Aceton weggewischt):

    a9_800x400.png  cc_800x400.png



    - und mit einem Faserlaser direkt das Kupfer weggedampft:

    5e_800x400.png  5a_800x400.png




    - und hier mal als Vergleich einmal nur die Konturen udn einmal die Flächen dazwischen auch weg (so wie in den oberen Bildern).
    Die Konturen sind als Vektoren gelasert, die freien Flächen als Schraffur (aber auch Vektoren, nur in einem parallelen Linienraster):


    cb_800x400.png  4d_800x400.png

    Viktor

  • Sag mal Viktor, sieht das nur so aus oder hast du auf dem rechten Board fast den halben Träger Wegatomisiert? 8o

    Gruß,

    Christian


    „Der größte Feind des Wissens ist nicht Unwissenheit, sondern die Illusion, wissend zu sein.“
    Stephen Hawking

  • ... das ist ein Alu-Kern mit etwa 100µm Keramik als Isolator und 35µm Kupfer drauf.

    Ich habe das Kupfer zusammen mit der Keramik weggedampft und die Alu-Oberfläche etwas "umgepflügt", ohne da tief reinzugehen - war erstmal nur ein Test, wie's am Besten geht ... normal würd dann Lötlack drüberkommen, damit die "Rillen" frei bleiben und kein leitfähiger Staub o.Ä. Kurzschlüsse macht.


    Hier bin ich "mittendrin" - das Kupfer ist hinten größtenteils schon weg und darunter wird gerade die blaue Keramikschicht freigelegt -- da die nicht so schön aussah, habe ich sie dann komplett weggebrutzelt:

    70_800x400.png


    Für "ernsthafte" Platinen oder Kombination von Elektronik und Mikromechanik habe ich da andere Verfahren, womit ich wahlweise Metall oder Keramik-Schichten AB- oder AUFtrage ... aktuell geht das mit Auftragen mit Schichtdicken von einigen 10 Nanometern bis etwa 10 Mikrometern pro Durchgang oder mehrfach "aufeinanderstapeln" ... hier dann durchaus auch abwechselnd Keramik oder Metall 8)


    Viktor

  • ... hier nochmal ein anderes Beispiel, das ich mit einer blauen 3.5W-Diode auf Dibond (Kunststoffkern, mit 0.5mm Alu kaschiert und mit etwa 0.05mm schwarzem Polyimid beschichtet) gelasert hatte:


    leiterplatte.jpg


    Viktor

  • Danke für die schnelle Antwort, ViKtor und Christian!


    Die Leiterbahnen sollten sich schon 1:1 aus dem Layoutprogramm (bei mir Target) auf der gelaserten Platte wiederfinden, da das Layout HF-Eigenschaften, Spannungsverhältnisse, Stromstärken etc. berücksichtigt. Wenn ich versuche, hier kerf mit einzubauen, wird das sehr unübersichtlich.


    Interessant sind die Bilder: Für das "Isolierfräsen" rund um die Leiterbahnen mit Vektoren kann ich unter lightburn auch kerf einstellen. Ich brauche aber größere freie Flächen wegen HF- und Spannungsthemen, die genauso maßhaltig gelasert werden müssen.


    An dieser Stelle meine Frage an Viktor: Wie hast Du das konkret gemacht: "... Die Konturen sind als Vektoren gelasert, die freien Flächen als Schraffur (aber auch Vektoren, nur in einem parallelen Linienraster. ..."


    Layoutprogramm, Brennprogramm, Dateiformat, kerf, Geschwindigkeit, Leistung ?


    Mangels Erfahrung habe ich auch keine Vorstellung, wie schnell bei "optimaler Einstellung" eine Leiterplatte gelasert werden kann, beispielsweise eine Europaplatine mit 0,2 mm Strukturbreite. Eher 10 Minuten oder eine halbe Stunde - bei letzterer Zeit könnte ich gelassener damit umgehen.


    Das Grundprinzip - Leiterplatte - schwarzer Lack - lasern - mache ich genauso..


    Ganz herzlichen Dank!

    Peter

  • ... meine Leiterplatten hatte ich auch mit Target erstellt - Ausgabe als "Isolationsbahnen" für Isel-NC-Format - die "gefüllten" Flächen z.T. auch schon in Target, manchmal auch nachträglich in Corel ... ist Alles schon etwas länger her -- weiß gar nicht mehr wie genau ich das jeweils hinundher-formatiert hatte ... für 3D hatte ich das typisch als NC-Format in IsyCAM (Isel-Fräsprogramm auf Basis von Pictures_by_PC), sonts als PLT, DXF, SVG oder AI in Corel importiert und da beliebig weiterverarbeitet und Wahlweise als AI nach IsyCAM oder G-Code nach Prontterface/gieCAPS oder als DXF nach BeamConstruct.


    Gelasert habe ich es dann entweder mit Remote (CAM von Isel für IsyCAM) mit einer umgebauten CNC-Fräsmechanik mit Servos ... oder mit einer anderen CNC-Mechanik mit einem von mir umprogrammierten Pronterface (3D-Druck-Software, hieß dann bei mir gieCAPS) ... oder, für den Faserlaser-Galvo mit BeamConstruct von HAlaser.

    Da ists auch etwas "viel" an Optionen, da ich die Laser-Module, CNC-Anlagen, Firmwares und PC-Software entweder selber entwickelt oder angepaßt oder mit den Entwicklern/Programmierern der jeweiligen Komponenten in Kooperation für mich wesentliche Anpassungen gemacht habe oder hab' machen lassen.
    Manches mache ich auch über Makros oder externe Konverter-Programme, um z.B. aus Corel heraus die Laseranlage mit Daten zu füttern und automatisch lasern zu lassen.

    Aktuell gehe ich immer mehr in Richtung Galvos mit BeamConstruct und dann jeweils passende Laser und Optiken für die unterschiedlichen Anwendungen (Faserlaser, diverse Laserdioden-Wellenlängen, RF-CO2-Laser) aufzubauen ...


    Zur Zeit - schwarz lackierte Leiterplatten mit einer XY(Z)-Anlage im bereich von ein paar (bie ein paar 10) Minuten ... mit dem Faserlaser ein paar Sekunden bis Minuten.

    Kupfer direkt wegbrennen mit dem Faserlaser dann auch ein paar Minuten (auch mal bis 20 Minuten), da ich mehrere Durchgänge brauche, um das Kupfer sauber wegzudampfen ...


    Viktor

  • Da es sich hierbei um ein grundsätzliches Problem handelt, sollte es eigentlich auch eine Lösung dafür gegeben. Ich habe aber keine gefunden.

    Kann jemand helfen?


    Genau genommen ist das kein "Problem".


    Es ist eine Eigenart und zwar von der Maschine selber.


    Maschinen haben eine Wiederholgenauigkeit. Und die Bauart und die Hardware bestimmen die Wiederholgenauigkeit. Und je nach Abarbeitung des Auftrages ergeben sich Probleme, abhängig von den oben genannten zwei Bedingungen.


    Wenn die Maschine recht preisgünstig aufgebaut ist, dann addieren sich Fehler pro Zeile und ein Ergebnis wird sichtbar schlechter. Selbst wenn man Glück hat und erreicht eine recht gutes Zeilenscanning kann mitwirkende Hardware für Verzögerungen sorgen und man ist trotzdem mit dem ergebnis unzufrieden.


    Wenn also die Bauart oder aber die Hardware nicht oder schlecht mitspielt, dann wird es doof und man fängt das Grübeln an.


    Also fangen wir mal eine Analyse an.


    Du bist mit deiner Mechanik und der Elektronik eigentlich soweit recht zufrieden, aber das Ergebnis scheint dich doch recht unzufrieden zu machen.


    Dann könnte man jetzt mal in Richtung deiner Laserdiode schielen.


    Deine Laserdiode hat auch eine Elektronik. Du brauchst das treashold und den Übergang zum lasern der Diode in Verbindung mit der Laserleistung. Hier sollte also der Laserdiodentreiber fix sein.


    Die Laserdiode selber hat Leistungsbedingt eine Eigenschaft, da kann man schon mal verzweifeln drann.


    Die Spotgröße ist nicht schick klein und rund, wie bei einem Faserlaser oder wie bei einer CO² Röhre, sondern Quadratisch. Und je fetter die Laserdiodenleistung um so schlimmer wird es. Das mag für gravuren auf Holz ja alles noch vertretbar sein, keine Frage.

    Wenn du aber so filigrane Arbeiten wünschst, dann solltest du mal schwer in die Waagschale werfen, ob nicht deine Diode ein Großteil deiner Probleme verursacht und ein Diodenlasertausch mit weniger Leistung nicht die meisten deiner Sorgen erschlägt.


    Wenn jetzt natürlich sofort in deiner Rübe der Gedanke hochspringt, ja dann kann ich ja nicht mehr "schnell" auf Holz gravieren oder "neeeee... dann muss ich ja ewig die Laserdiode tauschen" ...


    Tja... Sekt oder Selters




    :)

    Gruß

    Michael


    Vom Handwerk kann man sich zur Kunst erheben. Vom Pfuschen nie.

    Johann Wolfgang von Goethe

  • ... vielen Dank Viktor und Michael für Eure Antworten, aber so richtig glücklich bin ich damit noch nicht.


    Dass das Thema "kerf" einerseits ein Thema ist, aber andererseits wenig diskutiert wird, zeigt der Blick ins Netz. Alternativ ist das Thema so banal, dass man nicht darüber reden muss. Die "Fachebene" auf der ich mich bewege, ist die der Diodenlaser mit Software wie lightburn, also der Hobby-Anwender. In einer professionellen Umgebung taucht das Problem möglicherweise garnicht auf.


    Einen Versuch will ich noch wagen und werde darum etwas konkreter:


    Die Bilder zeigen Strukturbreiten bis 0,1mm. Ich empfinde die Präzision und Reproduzierbarkeit der Schnitte als gut. Die Optik oder die Mechanik sind eher nicht die Ursache des Problems, auch wenn der Strahl in den Achsen sehr unterschiedlich breit ist.


    Bild 1: einige Rechtecke als Linien in lightburn gezeichnet

    Breite der Rechtecke und Abstände sind identisch


    Test_ohne_kerf.jpg


    Bild 2: Ergebnis im cut mit realen Linienbreiten = Spot-Breiten


    Breite der Rechtecke (Außenkanten) und Abstände nicht identisch.

    Ursache: Breiter Spot (kerf)


    Linie_ohne_kerf.jpg


    Die Rettung:


    Bild 3: lightburn kann kerf bei Linien berücksichtigen

    (Einstellung: -0,1mm)


    Ergebnis: Im Layout (lightburn) wird die Schnittbreite berücksichtigt

    und die Abstände werden vom Programm korrigiert


    Test_kerf.jpg


    Bild 4:

    Passt wirklich gut. Die Breite der Rechtecke (Außenkanten) entspricht

    etwa den Abständen. Die Schnittbreite des Lasers ist bei diesen Auflösungen

    gut sichtbar nicht mehr zu vernachlässigen.


    Linie_mit_Kerf.jpg


    Umsetzung als Leiterbahn auf einer Leiterplatte:


    Bild 5:

    Die Leiterbahnen (Rechtecke) werden jetzt nicht als Linie ausgegeben, sondern gefüllt.

    Lightburn kennt bei Füllungen allerdings kein kerf. Die Vorschau zeigt die Linien wie folgt:


    test_füllen.jpg


    Bild 6:

    Kerf ist nicht berücksichtigt. Das Ergebnis wie erwartet:


    Fuellung.jpg


    Fazit:


    Das Problem hat nichts mit mechanischen oder optischen Defiziten der Technik zu tun, sondern

    mit der unzureichenden Ansteuerung der Hardware.


    Liegen die Strukturbreiten in der Größenordnung von kerf, dann muss kerf zwingend berücksichtigt werden. Es ist nicht sinnvoll, entsprechende Korrekturen im Layout-Programm vorzunehmen, sondern diese müssen Teil der hardwarespezifischen Ansteuerung sein.


    Viele Grüße

    Peter

  • ... die üblichen Programme beachten "Linienbreite" überhaupt nicht (erst recht nicht, Unterschiede in XY) ... und wenn doch, dann nur als Radius, um einen gleichmäßigen Abstand zur Kontur einzuhalten.


    Im CNC-Fräs-Bereich oder beim 3D-Drucken hast du schon von vorneherein einen "Fräserdurchnesser" oder "Filamentdurchmesser". womit eine Fläche dann verfüllt oder ausgefräst berechnet wird.


    Hochwertige Platinenlayout-Programme können das -- das stammt aber noch aus der "guten alten Zeit" der Foto-Plotter mit Lichtmasken über Blenden, wo man zwischen rund/quadratisch/rechteckig wählen konnte und dann Leiterbahnen oder Flächen dann z.B. mit einer "Rechteckigen" maske ausbelichtet wurden.


    Solange du kein solches Programm hast, dann besser den Laserspot symmetrisch hinbekommen und über Konturabstand oder "Fräserbreite" drangehen.


    Ich probiere Daheim gerade mit "Metall-Beschichtung/Transfer-Druck" herum - da ist der Spot exakt rund und 0.03mm groß:


    Layout2.png  Layout1.png


    Viktor

  • ... das sehe ich auch so: Das Layout mit 1-dimensionalen Linien muss von der Produktion mit diversen Fräserdurchmessern getrennt werden. Mein Problem ist nur, das alles mit Amateur-Software in die Praxis umzusetzen.


    Dein Bild layout1.png ist jedenfalls sehr beeindruckend!

    Wie sind die Strukturbreiten und wie ist die Platte konkret entstanden?


    Solange du kein solches Programm hast, dann besser den Laserspot symmetrisch hinbekommen und über Konturabstand oder "Fräserbreite" drangehen.


    Mit dem Export Leiterplatten-Layout --> Isolierfräsen in Target habe ich eigentlich recht gute Ergebnisse, aber das Problem sind die "blöden Flächen", die irgendwie als Vektoren gerechnet werden und die Hälfte des Materials bleibt stehen.


    Die Alternative ist der Export als Bild. Hier scheitere ich daran, dass lightburn kein kerf für Bilder kennt, so dass die Maße nicht passen und die Hälfte der Leiterzüge mit weggebrannt wird. In irgendeinem (englischsprachigen) Forum habe ich gelesen, dass man bei lightburn wohl am kerf für Bilder arbeitet - mal sehen.


    Späte Grüße

    Peter

  • ... bei Target kannst du auch Flächen Schraffur-füllen - das wird dann auch als "Leiterbahen" bzw. ISO-Bahn ausgegeben.

    Schau mal in einem der ersten Posts, mit der schwarzen Leiterplatte vom Arduino - da hatte ich die "gefüllten Flächen" extra mit einem weiter auseinanderstehenden Linienraster "gefüllt", damit das hübscher aussah.

    Bei dem Kuper-Layout mal ohne, mal mit Flächenfüllung, aber diesmal enger zusammenstehende Linienschraffur, damit das eine geschlossene Fläche wird.


    Und statt "kerf" -- besser den Laserspot symmetrisch einstellen, dann hast du die ganzen Probleme auch nicht 8)


    Viktor