Das Lasercut-Handbuch E-Book

Hans-Dieter Kienitz

• Herausgeber: GeraMond Verlag
• Kategorie: Lebensstil
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2024

Seitenzahl: 107

Beschreibung

Lasercut ist ein Verfahren, bei dem ein Material (z. B. Holz, Papier, Acrylglas, Metall) mit einem Laserstrahl präzise geschnitten wird. Dadurch entsteht eine saubere und präzise Schnittkante. So können Modellgebäude etwa für die Modellbahn in ungeahnter Präzision gefertigt werden. Dieses Handbuch zeigt wie es geht – für Einsteiger und Profis. Es präsentiert anschaulich die Grundlagen anhand von verschiedenen Beispielen.

Leseprobe

Traversengerüst der Köhlbrandfähre

Hans-Dieter Kienitz

Grundlagen, Technik, Tipps und Beispielefür den perfekten Modellbau

Inhalt

Vorwort

Lasercut, was ist das

Lasermethoden

Sicherheit geht vor

CO2-Laser

Diodenlaser

Materialien

Holz

Karton und Papier

Kunststoffe

Metalle

Wie entsteht ein Modell

Vorbildrecherche

Konzept

Ein einfaches Wohnhaus als Beispiel

Zeichnung von Modellen

Grundkonzept

Konstruktionsablauf der Grundstruktur

Alternative Erstellung der Grundelemente

Toleranzen

Software

CAD-Software

Steuerungssoftware

Einstellungsmöglichkeiten

Arbeitsweisen

Material-Referenztabellen

Add-ons für CorelDraw

Verschiebungs- und Kopierfunktion

Zufällige Einfärbung von Objekten

Ein Modell entsteht

Nur keine Angst

Der Bahnhof Taufkirchen/Vils

Der Hintergrund

Vorbildrecherche

Wahl der Materialien

Das Modell entsteht

Die Hamburger Pfeilerbahn

Der Hintergrund

Die Pfeilerbahn im Modell

Vorbildrecherche

Wahl der Materialien

Das Modell entsteht

Das Stellwerk Hob

Das Köhlbrandtrajekt

Das Vorbild

Wahl der Materialien

Das Modell entsteht

Weichenbau

Eine Weiche in Verbundbauweise

Was geht noch so mit dem Lasercutter

Betonstrukturen

Die Mauerstruktur

Pflastersteine

Straßenpflaster aus Gips

Gedrucktes Straßenpflaster

Durchgehende Gravuren

Riffel- und Tränenbleche

Fotos Lasern

Grundsätzliches zum Bau

Materialien und Materialverarbeitung

Hilfsmittel

Klebstoffe

Oberflächenbehandlung

Grenzen des Lasercuts

Quellen und Fotos

Impressum

Bahnhof Velden/Vils im Rohbau

Tunnelportal der Hafenbahn Altona

Vorwort

Zeit meines Lebens eisenbahnbegeistert, habe ich mich auch schon als Kind mit der Modellbahn beschäftigt. Als Jugendlicher war es gerade die MIBA, in der ich auf erste Beiträge stieß, die weit entfernt vom Gleisoval oder der vorgefertigten Landschaft waren, sondern die hochklassigen Modellbau zeigten. Den Unterschied nahm ich sofort wahr, eine Umsetzung war allerdings erst denkbar, als ich nach Schule, Bundeswehr und Studium Ende der 1990er-Jahre ein eigenes Haus bezog, das auch die Möglichkeit einer eigenen Modellbahn bot. Seit der Jahrtausendwende bin ich beratend in der Instandhaltung tätig, wobei die Beschäftigung mit Eisenbahn-Verkehrs- und Eisenbahn-Infrastrukturunternehmen eine Professionalisierung mit dem Thema Eisenbahn mit sich brachte. Gerade der professionelle Blick auf das Thema führte dazu, dass die Vorbildtreue auch auf das Modell übertragen werden sollte. Seien es die Gleisanlagen, die dargestellte Signaltechnik oder aber auch das rollende Material – all dies musste authentisch wirken. Mit der Themenwahl meiner Anlage, der Hafenbahn in Hamburg-Altona, kam allerdings auch der Gebäudebau hinzu, der sich keiner Modelle „von der Stange“ bedienen konnte, sondern eine komplette Eigenkonstruktion erforderte. War es bei der Umsetzung dieses Vorbilds noch der „klassische“ Gebäudebau, der als technische Hilfsmittel lediglich das Lineal und das Skalpell kannte, so kam es hier zum ersten Mal zur Begegnung mit dem Lasercut, beim Stellwerk Aho der Hafenbahn, welches es als Bausatz gibt. Die Gegenüberstellung des selbstgebauten Stellwerks mit dem fertiggestellten Bausatz führten zu ersten Überlegungen, ob man solche Konstruktionen nicht auch selbst machen könnte.

Durch die Mitgliedschaft bei den Eisenbahn- und Modellbahnfreunden Taufkirchen/Vils e. V. hatten wir nach einem Umzug die Neugestaltung der Anlage zu realisieren. Die Nachbildung der Bahnhöfe Velden/Vils und Taufkirchen/Vils samt Gestaltung der umgebenden Gebäude führte zur Überlegung, einen Lasercutter zu erwerben. Die Konstruktion der Gebäude habe ich in Folge übernommen, und tue dies auch aktuell für neu zu erstellende Bauten. Auch im Privaten realisiere ich verschiedene Projekte, die im Lasercut oder auch im Verbund von 3D-Druck, konventionellem Modellbau und eben Lasercut entstehen.

Köhlbrandfähre

Die Beschäftigung mit dem Lasercut hat durch die damit verbundenen Lernprozesse dazu geführt, dass man Methoden und Vorgehensweisen verfeinert, überdacht oder auch ersetzt hat. Das, was sich daraus entwickelt hat, soll in diesem Buch vorgestellt und anhand von Beispielen erläutert werden.

Nicht berücksichtigt werden vorgefertigte Modelle, die es mittlerweile in großer Zahl und unterschiedlicher Qualität gibt. Es soll hier im Wesentlichen um die Wissensvermittlung gehen, wenn man sich mit dem kompletten Eigenbau beschäftigt.

Lasercut, was ist das

Die sogenannten neuen Techniken haben im Bereich der Modellbahn schon lange Einzug gehalten. War dies im Betrieb die Digitalisierung, so waren es beim Modellbau die Ätztechnik, der Lasercut und der 3D-Druck. Auch wenn der Lasercut nicht mehr die neueste Technik darstellt, so sind heute gerade bei den namhaften Anbietern von Gebäuden Lasercut-Modelle zu finden, die dort auch mittlerweile einen festen Stellenwert haben. Gerade im Vergleich zu den herkömmlichen Polystyrol-Modellen ist der Fertigungsaufwand bedeutend geringer. Die Herstellung von Spritzguss-Werkzeugen entfällt zum Beispiel vollständig. Somit sind auch kleinere Serien von Gebäuden möglich, die in der herkömmlichen Produktion von Kunststoffbausätzen kaufmännisch unökonomisch sind.

Neben den Gebäuden gibt es auch Bauteile und Detaillierungssätze, so zum Beispiel Ladegüter, Treppen und Ähnliches.

Im Bereich der klassischen Karton-Modellbauer werden oft, passend zu den Modellbaubögen, auch Lasercut-Sätze angeboten, die der Detaillierung, aber auch der einfacheren Erstellung, zum Beispiel von Spantengerüsten, dienen.

Im Folgenden soll es aber weniger um das Angebot fertiger Bausätze und deren Bearbeitung gehen, sondern vielmehr um die eigene Konstruktion von Lasercut-Modellen, deren „Druck“ und deren Verarbeitung. Dies soll an mehreren Beispielen im Detail erläutert werden.

Was aber ist Lasercut nun eigentlich? Der auf unterschiedliche Arten generierte Laserstrahl trifft auf das zu bearbeitende Medium. Dabei erwärmt der Lichtpunkt an der auftreffenden Stelle das Material, bringt es zum Schmelzen oder verbrennt es. Der Lichtpunkt hat dabei eine Größe von einigen Zehntel-Millimetern bis hinab in den Hundertstel-Millimeterbereich. Diese Größe bestimmt auch die Feinheit einer Gravur oder eines Schnitts.

Grundsätzlich ist zu unterscheiden, wie das Material bearbeitet werden soll. Möglich sind Gravuren oder Schnitte. Selbst mit leistungsschwächeren Lasern ist es möglich, Gravuren in Metall- oder auch Glasoberflächen vorzunehmen. Schnitte hingegen, und hier spreche ich nicht von Lasern hoher Leistung im Industriebereich, sind in Holz, Leder, Karton und Kunststoffen möglich.

Güterschuppen Velden/Vils im Rohbau

War der Lasercut zunächst nur dem industriellen Bereich mit hochpreisigen Geräten möglich, so hat der Lasercut mittlerweile auch im Hobbybereich seinen Einzug erhalten. Die Preisspanne ist hier allerdings enorm, die Unterschiede in Qualität, aber auch in Sicherheitsaspekten genauso.

Grundsätzlich eröffnet die Anwendung des Lasercuts im Modellbau- und Modellbahnbereich aber ganz neue Perspektiven. Die Exaktheit, Feinheit und nicht zuletzt die Reproduzierbarkeit ist sehr viel einfacher zu erreichen als im klassischen Modellbau. Allerdings sollten auch diejenigen, die sich die Kenntnis der Anwendung des Lasercuts angeeignet haben, immer hinterfragen, ob es ökonomisch ist, die erst einmal zu konstruieren und dann zu schneiden, oder ob klassischer Modellbau im Einzelnen nicht das gleiche Resultat in kürzerer Zeit bringt.

Gerade die Konstruktion in den neuen Techniken wird vom Aufwand her gerne unterschätzt. So habe ich im Modellbahnverein mehrfach erlebt, wie schnell das Interesse erlahmt, wenn man erfährt, wie viel Vorarbeit eigentlich notwendig ist.

Um es aber auch klar zu sagen: Wer sich auf diese Techniken einlässt und sich beharrlich einarbeitet, der wird mit Modellen belohnt, die sich in Ausführung, Exaktheit und Feinheit oftmals anders überhaupt nicht erstellen lassen.

Somit ist das Ziel dieser Veröffentlichung auch nicht, mit Modellen zu glänzen, sondern dazu zu animieren, gerade den Lasercut auch für sich anzuwenden.

Lasermethoden

Sicherheit geht vor

Um es vorab zu sagen: Die für den gewöhnlichen Modellbauer finanzierbaren Geräte sind wortwörtlich mit Vorsicht zu genießen. Die meisten Geräte werden in China produziert und sollten so, wie sie aus der Verpackung kommen, nicht in Betrieb gehen. Neben der doch recht gewagten Auslegung elektrotechnischer Standards sind es auch oft fehlende Sicherheitsstandards, was die Lasertechnik selbst betrifft.

Rot gefärbte Plexiglasschiebe als Schutz

Laserschutzbrille

Im Lexikon der Physik beschreibt Patrick Voss-de Haan den Laser wie folgt: Laserstrahlen sind elektromagnetische Wellen. Vom Licht einer zur Beleuchtung verwendeten Lichtquelle, beispielsweise einer Glühlampe, unterscheiden sie sich vor allem durch die sonst unerreichte Kombination von hoher Intensität, oft sehr engem Frequenzbereich (monochromatisches Licht), scharfer Bündelung des Strahls und großer Kohärenzlänge. Auch sind, bei sehr weitem Frequenzbereich, extrem kurze und intensive Strahlpulse mit exakter Wiederholfrequenz möglich.

Genau hier wird die Wirkungsweise, aber eben auch die größte Gefahr des Lasers offensichtlich. Der intensive, hochenergetische, auf kleinste Fläche projizierte Strahl verändert das Material, auf das er trifft. Dies ist zwar für das Bearbeitungsmaterial so gewollt, nicht aber für die ungewollte Wirkung auf den Menschen, den ein Laserstrahl eventuell trifft. Dies kann durch einen Griff in den Bearbeitungsraum geschehen, die weitaus größere Gefahr besteht aber durch Reflexionen, bei denen der Laserstrahl das menschliche Auge trifft. Um es überdeutlich zu sagen:

Schäden an der Netzhaut sind irreversibel

Somit ist für den Laser idealerweise ein gekapselter Arbeitsraum vorzusehen, der entweder lichtdicht oder aber mit einer Abdeckung versehen ist, die das Licht der entsprechenden Wellenlänge absorbiert. Diese Materialien, gefärbtes Plexiglas oder Laserschutzfolien, sind im Handel erhältlich. Daneben ist immer eine Laserschutzbrille zu tragen, die oftmals bereits mit dem Gerät mitgeliefert wird, ansonsten aber unbedingt zu erwerben ist.

Die Abdeckung des Lasers ist zudem mit einem Mikroschalter zu versehen, der die Stromzufuhr zum Laser unterbricht, sobald die Abdeckung geöffnet wird.

Um den Laser völlig gefahrlos in Hinsicht auf Augenschäden zu betreiben, habe ich meinen heimischen Laser mit einer WLAN-Kamera für rund € 25,- ausgestattet, die mir das Bild auf mein Mobiltelefon überträgt. Dies ist auch sehr nützlich in Hinsicht auf den nächsten Aspekt.

Wie erwähnt, wird das zu bearbeitende Material durch den Laserpunkt geschmolzen oder verbrannt. Insofern ist ein Laser niemals unbeaufsichtigt zu betreiben, denn die Materialien können sich entzünden. Die oben erwähnte Kamera ermöglicht es mir, andere Arbeiten in der Nähe des Lasers durchzuführen und gegebenenfalls schnell einzugreifen. Somit sollte auch immer ein schwer entzündliches Tuch beim Laser liegen, um einen Brand schnell ersticken zu können.

Das angesprochene Schmelzen oder Verbrennen führt in jedem Falle zu einer Geruchsbelästigung. Insofern ist für eine gute Belüftung zu sorgen, vorzugsweise mit einem Axiallüfter ausreichender Leistung. Für meinen zuhause betriebenen Laser habe ich eine Einhausung gebaut, an die der Lüftungsschlauch mit 100 Millimetern Durchmesser angeschlossen ist. Die Abluft führe ich mit dem Lüfter ins Freie.

Neben der Geruchsbelästigung ist es auch wichtig, dass Rauch nicht gerade gesundheitsfördernd ist. Somit ist die Belüftung zweimal wichtig.

WLAN-Kamera

Überwachung mit Mobiltelefon

40W-CO2-Laser

Prinzipieller Aufbau des CO2 Lasers

Holz, Kartonagen und Leder sind Materialien, die zwar beim Lasern Rauch erzeugen, allerdings ist dieser in kleinen Mengen nicht giftig. Anders sieht es mit Kunststoffen aus.

Alles, was ein C im Namen trägt, zum Beispiel PVC, ist zum Lasern nicht nur ungeeignet, es ist lebensgefährlich. Bei der Verbrennung wird Chlor freigesetzt!

Auch das Lasern von Polystyrol ist mit giftigen Gasen verbunden, nur reicht hier eine wirklich ausreichende Belüftung, um eine Gesundheitsgefahr auszuschließen.

Acrylglas, das über Geschäfte beziehbar ist, die sich zum Beispiel auf Architekturbedarf spezialisiert haben, ist hingegen DER Kunststoff für die Laserbearbeitung. Hier ist die Gefahr giftiger Rauchgase gering.

Wie eingangs erwähnt, ist die Verarbeitungsqualität, aber auch die Elektrik an und für sich, oftmals fragwürdig. So ist bei den Geräten zumindest die Verkabelung zu prüfen und gegebenenfalls nachzubessern. Auch sind fehlende Sicherheitsschalter nachzurüsten.

Aber dieses Kapitel über Sicherheitsaspekte soll nun nicht abschrecken. Einen Lasercutter mit der notwendigen Sorgfalt unter Beherzigung der oben genannten Punkte zu betreiben, ist mit Sicherheit eine Bereicherung im Modellbau, und die vielfache Anwendung zeigt ja auch, dass eine sichere Handhabung möglich ist.

Insofern widmen wir uns jetzt der Anwendung der Laser und der Möglichkeiten, die sich uns bieten.

CO2-Laser

Beim CO2-Laser werden elektromagnetische Wellen im Megahertzbereich in eine Mischung aus mehreren Gasen, CO2, Stickstoff und Helium, eingestrahlt. Auf diesem Weg werden die CO2-Moleküle angeregt und auf ein höheres Energieniveau gebracht. In den CO2-Molekülen ist diese Energie nun in Form von Vibration oder Rotation gespeichert. Wenn es dann zum Aufeinandertreffen eines Infrarot-Photons mit einem angeregten CO2-Molekül kommt, wird diese Energie als Photon abgegeben. Gibt es genügend angeregte CO2-Moleküle, steigt die Anzahl der so erzeugten Photonen exponentiell. Bei diesem Prozess entsteht ein Laserstrahl. CO2-Laser haben hierzu eine Röhre, in der dieser Prozess abläuft, wobei diese Röhre durch strömendes Wasser gekühlt werden muss.

Die gebräuchlichsten CO2-Laser im 40-Watt-Bereich haben diese Röhre im hinteren Bereich des Geräts angeordnet, wobei der erzeugte Laserstrahl über zwei Spiegel zum Schneidkopf geleitet wird. Der Schneidkopf ist dabei in zwei horizontalen Richtungen auf einem Portal mittels Schrittmotoren verfahrbar.

Die Spiegel sind bei Inbetriebnahme, aber auch in regelmäßigen Abständen, zu justieren.

Der Laserstrahl besitzt eine Wellenlänge von 10 600 Nanometern, die es ermöglicht, auch glasklares Acryl zu lasern.

Die erwähnten CO2-Laser haben einen Bauraum, der Materialien bis zu DIN-A4-Format aufnimmt.

Der Fokus in senkrechter Richtung ist fix, der Abstand nicht änderbar.

So, wie der erwähnte Laser aus der Schachtel kommt, ist er nicht verwendbar.

Neben der sicherheits- und elektrotechnischen Überarbeitung sind in jedem Fall folgende Accessoires notwendig:

•Eine Auflagefläche für das zu bearbeitende Material. Ich habe hier ein Lochblech aus Alu verwandt, auf dem ich das Material mit kurzen Stücken aus Malerkreppband fixiere.

•Als Kühlungsmedium verwende ich destilliertes Wasser, das sich in einem 10-Liter-Kanister befindet. Die Zuführung zur Röhre erfolgt über eine Pumpe, die mit dem Laser geliefert wurde.

•Ein Durchflussanzeiger, der in die Kühlleitung gesetzt wird, ermöglicht es, die korrekte Kühlung anzuzeigen. Ich habe eine Röhre geschlachtet, da mir erst durch Leistungsverlust auffiel, dass die Kühlpumpe nicht lief.

Spiegeljustage am CO2-Laser

Spiegeleinstellung am CO2-Laser

•Eine Laserschutzbrille für den Wellenlängenbereich von 10 600 Nanometern.

•Eine Absaugung, vorzugsweise ein leistungsstarker Axiallüfter. Die mitgelieferten Lüfter sind zu schwach.

Diodenlaser

Bei Diodenlasern wird der Laserstrahl über eine Leuchtdiode emittiert. Wie beim CO2-Laser wird die Schneideinheit auf einem Portal in den zwei horizontalen Richtungen mittels Schrittmotoren und Zahnriemen bewegt. Anders als beim CO2