Les upgrades indispensables de la K40

La K40 peut être une merveilleuse découpeuse laser, pour peu qu’on lui rajoute quelques modifications indispensables.

Voici dans l’ordre d’importance à mes yeux, les upgrades indispensables pour votre découpeuse laser K40.

Upgrade #1 : la sécurité avant tout

Coût : 0€
Intérêt : Sécurité, il n’y a pas le choix
Facilité : Très facile
Temps : 20min

Vous devez garder en mémoire que votre machine a été conçue pour coûter le moins cher possible. Ca se voit immédiatement quand vous regardez le choix des matériaux et en particulier la tête laser, le chariot de la tête ou encore les butées de fin de course …

Comme rappelé dans l’article sur le choix d’une découpeuse laser, le tube laser est excité par une tension supérieure à 15 000V et même si l’intensité est très faible, elle peut être suffisante à générer un arrêt cardiaque. Il est donc capital que la mise à la masse du châssis soit très bien réalisée.

Or, pour limiter les coûts, les concepteurs chinois ont choisi un bâti (bleu ou vert en général) standard et surtout déjà peint … La cosse de masse est bien vissée sur le châssis, mais sans avoir pris le temps de poncer la peinture qui joue un rôle d’isolant. Autrement dit, la mise à la terre laisse franchement à désirer.

La première modification de votre machine doit donc consister en démonter la cosse de mise à la terre, poncer le métal et remonter la cosse de mise à la terre.

1. Localiser la cosse de mise à la masse :
   • Ouvrir le compartiment droit de la machine
   • Chercher sur la face arrière de la machine, derrière l’alimentation bleue une cosse vissée directement sur le chassis
   • Dévisser cette cosse
   • Poncer (à la Dremel dans l’idéal car la peinture est de bonne qualité et tient bien sur le métal)
   • Revisser la cosse
   • Vérifier la bonne mise à la terre avec un ohmmètre entre la prise électrique et une partie du châssis

Upgrade #2 : Agrandissement de la zone de travail

Coût : 0€
Intérêt : Indispensable
Facilité : Très facile
Temps : 20min

Matériel :
PLA
6 Aimants néodyne (facultatif)
3 boulons M10 et écrous associés

La K40 est livrée avec une zone de travail ridiculement petite et peu pratique.

La seconde chose à faire est donc de démonter complètement le lit d’origine (la partie bleue sur ma photo) ce qui se fait facilement en dévissant quelques vis.

Ensuite, il est nécessaire d’imprimer en 3D des pieds réglables pour pouvoir ajuster la hauteur du matériau et le mettre à la bonne distance du bas de la tête laser pour avoir une coupe efficace

Je me suis fortement inspiré des pieds vus dans une vidéo de Barbatronic :

Pied réglable pour K40 (download STL) :

J’ai imprimé 3 pieds pour avoir un réglage facile de la hauteur du matériau et surtout un positionnement isostatique (4 pieds donnent toujours un hyperstatisme 😊)

Il y a la place dans le STL pour intégrer des aimant néodyne rectangulaires de 20mm x 6mm à intégrer pendant l’impression 3D de sorte à ce que le pied soit fixé sur le fond du châssis de la K40

La découpe hexagonale accueille un écrou pour ensuite mettre un boulon qui permettra le réglage en hauteur

Upgrade #3 : L’Air Assist ou efficacité de la coupe

Coût : qqs euros
Intérêt : indispensable pour réaliser des coupes parfaites
Facilité : Moyenne (une imprimante 3D est nécessaire)
Temps : 2h (dont temps d’impression 3D)

Matériel :
1 Ventilateur
PLA
Vis et écrous M3

La K40 vient dans son plus simple appareil … Aucune fioriture …

Un laser grave et coupe en concentrant la lumière sur un point particulier. Pour que ce faisceau laser reste bien concentré, il est important que l’air reste complètement « transparent » entre la lentille de la tête laser et le matériau à couper ou graver.

Or quand le laser frappe un matériau, la chaleur dégage une fumée plus ou moins opaque selon ce matériau, fumée qui affaiblit énormément la puissance et la concentration du laser.

Par ailleurs, en chauffant un point précis d’un matériau, le laser a tendance à enflammer le matériau. Ce risque est réellement important, un membre de la communauté de Barbatronic a vu sa machine prendre feu en coupant du carton … Plus de peur que de mal, mais il a dû remplacer plusieurs pièces dont les courroies (qui ne sont pas standard)

La solution à ces deux problèmes s’appelle l’Air Assist. Cela consiste à souffler de l’air sur la zone frappée par le laser pour, d’une part évacuer les fumées de la zone traversée par le laser, d’autre part empêcher le matériau de s’enflammer.

Deux solution s’offrent à nous pour l’air assist.

La première est d’envoyer un jet d’air via un tube silicone sur la zone de coupe. L’air est fourni par une pompe à air électrique qu’on installe dans la partie électronique de la machine. C’est la solution qu’on retrouve sur de nombreuses têtes laser qu’on peut trouver sur Aliexpress ou Amazon avec la prise d’air en bas de la tête laser.
C’est la solution que j’ai choisie en premier, mais que j’ai abandonné par la suite pour 2 raisons. D’une part l’air était trop focalisée et trop proche de mon matériau ce qui accentuait les traces de fumée sur le bois après coupe, D’autre part, la pompe que j’ai choisie était trop bruyante et pas assez efficace.

La seconde consiste à monter un ventilateur sur la tête et d’imprimer en 3D une buse permettant d’orienter le flux d’air sur le point d’impact du laser. Je préfère largement cette solution qui « marque » moins mon matériau avec les fumées de coupe et qui est extrêmement silencieuse.

Vous trouverez les STL ci-dessous si vous souhaitez prendre la même solution que moi.

Pensez à ajouter un interrupteur pour permettre de couper l’Air Asssit, ce qui peut être indispensable quand on veut couper du papier ou du carton très léger pour éviter que les petits morceaux ne s’envolent

Support du ventilateur et de la buse (download STL) :

Ce support permet également de fixer une chenillette qui permettra de « ranger » proprement les câbles d’alimentation du ventilateur mais aussi des lasers de positionnement (voir autre upgrade plus bas)

Buse (download STL)

Cette buse permet d’envoyer l’air au point d’impact du laser. Elle est fixée sur le support ci-dessus

Upgrade #4 : Lasers de positionnement

Coût : qqs euros
Intérêt : Moyen (surtout si on s’équipe ensuite d’une caméra de positionnement)
Facilité : Moyenne (une imprimante 3D est nécessaire)
Temps : 2h (dont temps d’impression 3D)

Matériel :
2 Lasers en forme de ligne (Aliexpress)
Vis M3 à tête hexagonales
PLA

J’ai complètement repris l’idée de Barbatronic dans l’une de ses vidéos pour ajouter des lasers de positionnement.

Comme il l’explique très bien, si on prend des lasers rouges avec une forme de point lumineux, en fonction de la hauteur du matériau, le point sera toujours décalé par rapport à la zone d’impact du laser de coupe.

Son idée consiste donc à mettre deux lasers autour de la tête de la K40 en angle droit et projetant des lignes au lieu de simples points. Ainsi quelque soit la hauteur entre ces lasers de positionnement et le matériau, l’intersection de ces deux lasers donneront toujours le point d’impact de la K40. Enfin en théorie 🤣. Car le faisceau laser n’étant jamais 100% centré dans la tête de la K40, il y aura toujours un petit décalage. Ce décalage est rattrapable dans un logiciel comme lightburn.

Bride pour lasers de positionnement (download STL)

La bride permet la fixation de deux lasers et dispose de 3 ergots pour se positionner correctement en bas de la tête de la K40. La petite plateforme me servait à intégrer un capteur Time Of Flight car je voulais mesurer en automatique l’épaisseur du matériau … Mais la précision n’étant pas suffisante, j’ai laissé tombé.
La brise est fixée sur la tête de la K40 à l’aide de deux vis M3

Upgrade #5 : Lit motorisé

Coût : une quarantaine d’euros
Intérêt : Majeur (même si par la suite j’ai changé l’électronique de pilotage du lit pour pouvoir tout piloter par logiciel)
Facilité : Moyenne
Temps : 4h (dont temps d’impression 3D)

Je vais faire simple sur ce coup là 🤣 j’ai tout pompé sur JP Civade qui a conçu un lit motorisé à la fois simple et efficace. J’ai repris exactement son concept et ses STLs.

La seule chose que j’ai dû modifier, c’est le logiciel de pilotage car il m’a fallu intervertir le signal Enable à destination du driver de moteur pas à pas.

Voici l’article de JP Civade : lien