Лазерная резка является наиболее прогрессивной, но и дорогой по стоимости технологией. Зато с ее помощью можно достичь таких результатов, которые не под силу другим способам обработки металла. Способности лазерных лучей придавать любому материалу нужную форму поистине безграничны.
Уникальные возможности лазера основываются на характеристиках:
- Четкая направленность – за счет идеальной направленности лазерного луча энергия фокусируется в точке воздействия с минимумом потерь,
- Монохроматичность – у лазерного луча длина волн фиксирована, а частот — постоянна. Это позволяет сфокусировать его обычными линзами,
- Когерентность – у лазерных лучей высокий уровень когерентности, поэтому их резонансные колебания усиливают энергию на несколько порядков,
- Мощность – вышеперечисленные свойства лазерных лучей обеспечивают фокусировку энергии высочайшей плотности на минимальной площади материала. Это позволяет разрушать или прожигать любой материал на микроскопически малом участке.
Устройство и принципы работы
Любое лазерное устройство состоит из следующих узлов:
- источника энергии;
- рабочего органа, продуцирующего энергию;
- оптоусилителя, оптоволоконного лазера, системы зеркал, усиливающих излучение рабочего органа.
Лазерным лучом точечно создается нагрев и плавление материала, а после продолжительного воздействия — его испарение. В результате шов выходит с неровным краем, испаряющийся материал осаждается на оптике, что сокращается срок ее эксплуатации.
Для получения ровных тонких швов и удаления паров используют технику выдувания инертными газами или сжатым воздухом продуктов расплава из зоны воздействия лазера.
Заводские модели лазеров, оборудованные высококлассными материалами, могут обеспечить хороший показатель углублений. Но для бытового использования у них слишком высокая цена.
Модели, изготовленные в домашних условиях, способны врезаться в металл на глубину 1-3 см. Этого хватит, чтобы изготовить, например, детали для декорирования ворот или заборов.
Лазерная резка металла
В зависимости от используемой технологии резаки бывают 3-х видов:
- Твердотельные. Компактны и удобны в использовании. Активный элемент – кристалл полупроводника. У моделей с малой мощностью вполне доступная цена.
- Волоконные. В качестве элемента излучения и накачки используется стекловолокно. Достоинствами волоконных лазерных резаков являются высокий КПД (до 40%), длительный срок эксплуатации и компактность. Так как при работе выделяется мало тепла, нет нужды в установке системы охлаждения. Можно изготавливать модульные конструкции, позволяющие объединять мощности нескольких головок. Излучение транслируется по гибкому оптоволокну. Производительность таких моделей выше твердотельных, но их стоимость дороже.
- Газовые. Это недорогие, но мощные излучатели, основанные на использовании химических свойств газа (азота, углекислого газа, гелия). С их помощью можно варить и резать стекло, резину, полимеры и металлы с очень высоким уровнем теплопроводности.
Драйвер
К питанию лазера необходимо отнестись ответственно. Как и для светодиодов, это должен быть источник стабилизированного тока. В интернете встречается множество схем с питанием от батарейки или аккумулятора через ограничительный резистор. Достаточность такого решения сомнительна, так как напряжение на аккумуляторе или батарейки меняется в зависимости от уровня заряда. Соответственно ток, протекающий через излучающий диод лазера, будет сильно отклоняться от номинального значения. В результате на малых токах устройство будет работать не эффективно, а на больших – приведёт к быстрому снижению интенсивности его излучения.
Оптимальным вариантом считается использование простейшего стабилизатора тока, построенного на базе LM317. Данная микросхема относится к разряду универсальных интегральных стабилизаторов с возможностью самостоятельного задания тока и напряжения на выходе. Работает микросхема в широком диапазоне входных напряжений: от 3 до 40 вольт.
Аналогом LM317 является отечественная микросхема КР142ЕН12.
Для первого лабораторного эксперимента подойдет схема, приведенная ниже.
Расчет единственного в схеме резистора производят по формуле: R=I/1,25, где I – номинальный ток лазера (справочное значение).
Иногда на выходе стабилизатора параллельно диоду устанавливают полярный конденсатор на 2200 мкФх16 В и неполярный конденсатор на 0,1 мкФ. Их участие оправдано в случае подачи напряжения на вход от стационарного блока питания, который может пропустить незначительную переменную составляющую и импульсную помеху. Одна из таких схем, рассчитанная на питание от батарейки “Крона” или небольшого аккумулятора, представлена ниже.
На схеме указано примерное значение резистора R1. Для его точного расчета необходимо воспользоваться вышеприведенной формулой.
Собрав электрическую схему, можно сделать предварительное включение и как доказательство работоспособности схемы, наблюдать ярко-красный рассеянный свет излучающего диода. Измерив его реальный ток и температуру корпуса, стоит задуматься о необходимости установки радиатора. Если лазер будет использоваться в стационарной установке на больших токах длительное время, то нужно обязательно предусмотреть пассивное охлаждение. Теперь для достижения цели осталось совсем немного: произвести фокусировку и получить узконаправленный луч большой мощности.
Самодельный бытовой лазер
Для выполнения ремонтных работ и изготовления металлических изделий в быту часто требуется лазерная резка металла своими руками. Поэтому домашние умельцы освоили изготовление и успешно пользуются ручными лазерными устройствами.
По стоимости изготовления для бытовых нужд больше подходит твердотельный лазер.
Мощность самодельного прибора, конечно же, нельзя даже сравнивать с производственными аппаратами, но для использования в бытовых целях он вполне подойдет.
Как собрать лазер, используя недорогие запчасти и ненужные предметы.
Для изготовления простейшего прибора понадобятся:
- лазерная указка;
- фонарик на аккумуляторных батареях;
- пишущий CD/DVD-RW (подойдет старый и неисправный);
- паяльник, отвертки.
Как сделать ручной лазерный гравер
Процесс изготовления лазерного резака
- Из компьютерного дисковода нужно извлечь красный диод, который прожигает диск при записи. Обратите внимание, что дисковод должен быть именно пишущим.
После демонтажа верхних крепежей, извлекают каретку с лазером. Для этого аккуратно снимают разъемы и шурупы.
Для извлечения диода необходимо распаять крепления диода и извлечь его. Делать это нужно предельно аккуратно. Диод очень чувствительный и его легко повредить, уронив или резко встряхнув.
- Из лазерной указки извлекают содержащийся в ней диод, и вместо него вставляют красный диод из дисковода. Корпус указки разбирают на две половинки. Старый диод вытряхивают, подковырнув острием ножа. Вместо него помещают красный диод и закрепляют клеем.
- В качестве корпуса лазерного резака проще и удобнее использовать фонарик. В него вставляется верхний фрагмент указки с новым диодом. Стекло фонарика, являющееся для направленного лазерного луча преградой, и части указки надо удалить.
Лазерная указка
На этапе подключения диода к питанию от аккумуляторных батарей важно четко соблюсти полярность.
- На последнем этапе проверяют, насколько надежно зафиксированы все элементы лазера, правильно подключены провода, соблюдена полярность и ровно установлен лазер.
Лазерный резак готов. Из-за малой мощности использовать в работе с металлом его нельзя. Но если необходим прибор, режущий бумагу, пластик, полиэтилен и другие подобные материалы, то этот резак вполне подойдет.
Потрошим DVD-привод или как сделать лазерный резак своими руками
Превратите лазерную указку в режущий лазер с излучателем от пишущего DVD! Это очень мощный (245 мВт) лазер, к тому же он идеально подходит по размеру к указке MiniMag.
Обращаем ваше внимание на то, что не все лазерные диоды (не все модели DVD или CD-RW) подходят для изготовления данного лазерного резака.
ОСТОРОЖНО! Как вы знаете, лазеры могут быть опасны. Никогда не наводите указатель на живое существо! Это не игрушка и обращаться с ним как с обычной лазерной указкой нельзя. Другими словами, не используйте его на презентациях или в игре с животными, не разрешайте детям играть с ним. Это устройство должно находиться в руках здравомыслящего человека, который осознает и отвечает за потенциальную опасность, которую представляет собой указатель.
Обращайтесь с лазерным излучением с крайней осторожностью. Любое попадание в глаза, за счёт преломления в хрусталике успевает выжечь несколько клеточек в глазу. Прямое попадание вызовет потерю зрения. Опасен также отражённый от зеркальной поверхности луч. Рассеянный не так опасен, но остроты зрению всё равно не добавляет.
С лазерным резаком можно проводить интересные опыты. Зажигание спичек не самый эффектный вариант. Можно прожигать бумагу, можно дистанционно лопать воздушные шарики на демонстрациях. Желательно шарик тёмного цвета, зелёный или синий, красный не лопается.
Сфокусированный луч оставляет на пластмассе чёрного цвета довольно глубокую борозду, а в прозрачном оргстекле в точке фокуса появляется небольшое пятно белого или зеркального цвета. Если такой диод приделать к головке графопостроителя, то можно гравировать на оргстекле.
Далее приводится подробная информация о том, как сделать лазерный резак своими руками. Будьте внимательны и осторожны!
Для начала вам понадобится неисправный DVD-RW (с неисправной механикой а не лазером). Хотя ломать можно не каждый DVD, к примеру Samsung вообще не подходят, там диоды бескорпусные и кристалл у него ничем не защищён, выводится из строя простым прикосновением к торцу.
Для изготовления лазерного резака своими руками лучше всего подходят приводы LG, только у разных моделей разные по мощности диоды.
Мощность установленного диода можно определить по такой характеристике привода: надо посмотреть с какой скоростью он пишет двухслойные диски, если на десятой, то мощность диода сто восемьдесят — двести, если на шестнадцатой — двести пятьдесят — двести семьдесят.
Если в наличии нет неисправного DVD-привода, то для начала попробуйте приобрести отдельно лазер на радиорынке. Если не получится тогда приобретаем неисправный DVD у старьевщиков.
Далее выкручиваете шурупы из DVD-привода, снимите крышку. Под ней вы обнаружите узел привода каретки лазера.
Хотя DVD-приводы отличаются, в любом есть две направляющие, по которым движется каретка лазера. Снимите шурупы, освободите направляющие и выньте каретку. Отсоедините разъемы и плоские шлейфы-кабели.
Вынув каретку из привода, начните разбирать устройство с раскручивания шурупов. Мелких шурупов будет много, поэтому запаситесь терпением.
Отсоедините кабели от каретки. Там может быть два диода, один для чтения диска (инфракрасный диод) и собственно красный диод, с помощью которого осуществляется прожиг. Вам нужен второй.
К красному диоду с помощью трех шурупчиков прикреплена печатная плата. Используйте паяльник для АККУРАТНОГО снятия 3 шурупов.
Вы сможете проверить диод с помощью двух пальчиковых батареек с учетом полярности. Вам придется вытащить диод из корпуса, который будет отличаться в зависимости от привода. Лазерный диод — очень хрупкая деталь, поэтому будьте предельно аккуратны.
Так должен выглядеть ваш диод после «освобождения».
Снимите наклейку с корпуса купленной лазерной указки AixiZ и раскрутите корпус на верхнюю и нижнюю части. Внутри верхней располагается лазерный диод (5 мВт), который мы заменим. Я использовал нож X-Acto и после двух легких ударов, родной диод вышел. Вообще-то при подобных действиях диод может повредиться, но я и ранее умудрялся этого избежать. Используя очень маленькую отвертку, выбил излучатель.
я использовал немного термоклея и аккуратно установил новый DVD диод в корпусе AixiZ. Плоскогубцами я МЕДЛЕННО давил на края диода по направлению к корпусу до тех пор, пока он не встал заподлицо.
Убедитесь в том, что полярность диода определена правильно до того, как вы его установите и подключите питание! Возможно, вам придется укоротить проводки и настроить фокусировку луча.
Лазерную указку установите в подходящий фонарик на две батарейки. Вставьте батарейки (AA) на место, закрутите верхнюю часть фонарика (рассеиватель), включая вашу новую лазерную указку! Оргстекло необходимо удалить из отражателя. Внимание!! Лазерные диоды представляют опасность, поэтому не наводите луч на людей и животных.
Как усилить мощность лазера для резки металла
Изготовить более мощный лазер для резки металла своими руками можно, оснастив его драйвером, собранным из нескольких деталей. Посредством платы резаку обеспечивается нужная мощность.
Понадобятся следующие детали и приборы:
- пишущий CD/DVD-RW (подойдет старый или неисправный), со скоростью записи больше 16х;
- аккумуляторы по 3,6 вольт – 3 шт.;
- конденсаторы на 100 пФ и на 100 мФ;
- сопротивление 2-5 Ом;
- коллиматор (вместо лазерной указки);
- стальной светодиодный фонарь;
- паяльник и провода.
К диоду нельзя подключать источник тока напрямую, иначе он сгорит. Диод берет подпитку от тока, а не от напряжения.
Лазерный коллиматор
Фокусировка лучей в тонкий луч производится при помощи коллиматора. Он используется вместо лазерной указки.
Продается в магазине электротоваров. В этой детали есть гнездо, куда монтируется лазерный диод.
Лазерная Указка своими руками
ПРИВЕТ, ДИМОНОВЦЫ!!! Сегодня, я расскажу ВАМ как в домашних условиях сделать мощную лазерную указку. Для этого, нам потребуется 17 вещей: 1- неисправный (дохлый) DVD привод, скоростью 16-22Х (чем выше скорость, тем мощнее лазер в нем стоит) ЦЕНА-50-300Р 2- дешевый китайский фонарик (на 3 батарейки) ЦЕНА-50Р 3- дешевая лазерная указка «двухстволка» (лазерная указка+ светодиодный фонарик) [ ЦЕНА-50Р 4- паяльник, мощностью 40W (Вт), напряжением 220V (В) с тонким жалом. 5- припой легкоплавкий (типа ПОС60-ПОС61), канифоль сосновая. 6- кусочек одностороннего стеклотекстолита размерами 35Х10мм 7- хлорное железо (продается в радиомагазинах) цена-80-100Р 8- инструмент (пинцет, лупа, отвертки маленькие, пассатижи, длиногубцы, и т.д ) 9- вот такие клемные лепестки (продаются в любом электромагазине) стоят от 10-35Р 10- тюбик супер клея 11- спирт (можно найти в аптеке) 12- лазерный принтер 13- страничка любого глянцевого журнала (обязательно глянцевая, гладкая. можно и фото бумагу использовать) 14- электрический утюг (берем дома. У мамы, сестры, бабушки, жены, пока не видят ) 15- радиодетали (можно часть надыбать с самого, дохлого привода, в частности диод шотки, резисторы, конденсаторы ) список деталей и их номинал (ВСЕ ДЕТАЛИ SMD, т.е для поверхностного монтажа (экономия места)) микросхема LM2621 R1 нужно подбирать.. именно от него зависит ток на Лазерном диоде. у меня стоит 78кОм ток 250-300мА НЕ БОЛЕЕ!!! иначе сгорит!!! R2 150кОм R3 150кОм R4 500 Ом C1 0.1мкФ керамика, например к10-17 C2 100мкФ 6.3В любой C3 33мкФ 6.3В, желательно тантал. C4 33пФ керамика, например к10-17 C5 0.1мкФ керамика, например к10-17 VD1 любой 3-х амперный. например 1N5821, 30BQ060, 31DQ10, MBRS340T3, SB360, SK34A, SR360 L1 на фотке же видно как он выглядит.. а так, 15 витков на подходящем колечке или каркасе ферритовом. можешь разобрать или компьютерного БП или лампочку энергосберегающую, или зарядник для мобилы, в том числе и автомобильный зарядник для мобилы. Все это не так важно, микросхема все выставит как надо. 16- мультиметр типа DT890G, позволяющий измерять емкость, сопротивление, напряжение и так далее. 17- ну и разумеется прямые РУКИ и «дружба с паяльником» или дружбан, дружащий с паяльником Итак, все есть??? ПРИСТУПАЕМ Берем брелок-указку, и разбираем ее (АККУРАТНО, НЕ ПОВРЕДИТЕ ВНУТРЕННОСТИ, они нам понадобятся) вынимаем батарейки, и пассатижами аккуратно покачивая в стороны вытаскиваем переднюю пластмассовую головку (там где фонарик и лазер) Далее через ту сторону, где была сия (пробка) вынимаем внутренности, подталкивая их карандашом со стороны батарейного отсека Затем, предельно аккуратно, маленькой ответрочкой с плоским жалом, откручиваем пластиковую гайку в коллиматоре (латунная трубочка, где находится линза и сам бескорпусной лазер). Вытаскиваем содержимое ( сама пластиковая гайка, линза, пружинка) прогревая паяльником ПУСТОЙ коллиматор, отсоединяем его от платы с кнопкой. Разбираем привод, и достаем каретку лазерного устройства ПРЕДЕЛЬНО аккуратно вынимаем ЛАЗЕР, предварительно обмотав ножки Лазера проволочкой, от статики. вот это и есть сам, Лазерный Диод. Берем китайский фонарик, и разбираем его. Примерно по аналогии с указкой-фонариком. Теперь, всю мелочь отложим в надежную коробочку, и будем делать теплоотвод для Лазера. Берем ранее закупленные клеммы и отпиливаем от них по части, таким образом, чтобы получились типа шайбы, в длину равную длине коллиматора, и так, чтоб они (шайбы плотно входили друз в друга, включая и сам коллиматор) Если не заходят друг в друга, рассверливаем сверлами диаметром от 5, 5-12мм для разных шайб, или растачиваем. Должно получиться примерно вот так: Сам коллиматор пропихиваем чуть дальше, примерно на 5мм, это важно для фиксации Лазерного Диода. Да, сами шайбы фиксируем супер клеем. Так, теперь монтируем Лазерный Диод, к коллиматору предварительно вставив сверло 5мм и обжав пассатижами коллиматор, со стороны прорезей, где была плата. Припаиваем 2 проводка к ножкам ЛД. ВНИМАНИЕ ЦОКОЛЕВКУ Л.Д. вызваниваем прибором мультиметром типа DT890G (звонится как обычный диод.) Далее нам надо собрать схему драйвера. ВОТ СХЕМА для сборки ВОТ примерный чертеж проводников на плате (чертеж могу выслать в личку) Чертеж платы переносим на глянцевую бумагу лазерным принтером (лазерно-утюжный способ, читаем в интернете) изготовляем плату, и паяем на нее детали. Должно получиться вот так: Метод сборки, ваша фантазия. Я собрал драйвер в отсеке для батареек, в место третьей батарейки. использовал аккумуляторы VARTA 800mA/Ч Линзу использовал от указки-фонарика, но можно и родную от привода только у нее фокусное расстояние меньше, придется ставить еще пружинку, чтоб подпирать линзу ближе к Лазерному Диоду. Внимание! ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ КРАЙНЕ ОПАСНО ДЛЯ ГЛАЗ! НИКОГДА НЕ НАПРАВЛЯЙТЕ С СТОРОНУ ЛЮДЕЙ И ЖИВОТНЫХ! 100% ПОТЕРЯ ЗРЕНИЯ! вот такой девайс у меня получился: НЕ включайте сам Л.Д без радиатора, он сильно греется, и сгорит. ТОК потребления Лазерным Диодом ставьте 250-300мА с помощью резистора R1 (желательно поставить временно резистор на 100к, а вместо Лазерного Диода (чтоб не спалить Л.Д), цепочку последовательно соединенных 4 диода КД105 ) С уважением Т3012, ака КИЛОВОЛЬТ.
Советы по сборке
Для проверки работы драйвера измеряют мультиметром силу тока, подаваемого на диод. Для этого к прибору подсоединяют нерабочий (или же второй) диод. Для работы большинства самодельных устройств достаточна сила тока 300-350 мА.
Если нужен более мощный лазер, показатель можно увеличить, но не более 500 мА.
В качестве корпуса для самоделки лучше использовать светодиодный фонарик. Он компактный и его удобно использовать. Чтобы не испачкались линзы, устройство хранят в специальном чехле.
Важно! Лазерный резак является своего рода оружием, поэтому нельзя направлять его на людей, животных и давать в руки детям. Носить его в кармане не рекомендуется.
Следует заметить, что лазерная резка своими руками толстых заготовок невозможна, но с бытовыми задачами он вполне справится.
Как мы делали лазер из DVD-RW привода
Без особых прелюдий начну с того, какой привод лучше использовать.
- Во-первых, это должен быть пишущий привод (RW);
- Во-вторых, чем выше у него скорость записи, тем мощнее получится лазер;
- Ну и, в-третьих, чем более ненужным он уже является, тем больше удовлетворения от этого можно получить. Я заметил прямую зависимость
Итак, подбираем нужный привод.
Извлекаем лазерный модуль
Разбираем и добираемся до лазерной головки.
Извлекаем лазерную головку.
Наша цель — лазерный модуль.
Перед извлечением самого модуля закоротим все его три вывода тонким медным проводом (мы взяли одну нитку из многожильного). Это нужно для подстраховки от статики.
Теперь можно извлекать лазерный модуль. Он там «сидит» довольно неплохо, поэтому нужно потрудиться и сбалансировать усилия между «раскурочить» и «не сломать».
Вот как-то так должно получиться.
Сборка схемы
Теперь перейдем к схеме. Она необходима для контроля мощности лазера. В противном случае он просто сгорит.
Мы не заморачивались и сделали навесной монтаж.
Питание
Питать нужно от 3,7в. Для переносного лазера отлично подойдут аккумуляторы от мобильных телефонов, соединенные параллельно.
Мы же воспользовались стабилизированным блоком питания.
Предостережение
Следует заранее предупредить о безжалостности лазера к сетчатке глаза.
При работе с лазером нужно обязательно пользоваться специальными очками. Вы спросите, зачем я это все пишу, ведь все равно никто этого делать не будет? Ну а вдруг! Вдруг найдется хоть один разумный человек и наденет таки специальные очки при обращении с лазером. И один или даже два глаза эти строки спасут!
У нас же таковых очков не оказалось и мы все делали на свой страх и риск. А вот красные очки, в отличие от очков для безопасности, позволят лучше увидеть сам лазерный луч. Для красоты можно подпустить дыма, как мы сделали в заставке к видео.
Пробный запуск
Подключив питание, видим потребление 200мА и пучок яркого света.
В темноте работает как фонарик.
Линза для фокуссировки
Луч получился совсем не «лазерный». Нужна линза для регулировки фокусного расстояния. Для начала вполне подойдет линза из того же привода. Через линзу получается сфокусировать луч, но без жесткого корпуса занятие утомительное.
Изготовление корпуса
В Интернете встречал описание, где люди использовали лазерные указки или фонарик в качестве корпуса. Тем более что и линзы там уже есть. Но, во-первых, у нас не оказалось под рукой лазерной указки нужного размера. А, во-вторых, это увеличило бы бюджет мероприятия. А я уже говорил, что лично у меня это уменьшает удовольствие от полученного результата. Мы начали пилить алюминиевый профиль.
Обязательно нужно все изолировать.Линза
Линзу прикрепили на пластилин для регулировки ее положения.
Кстати, эта линза работает лучше, если ее перевернуть выпуклой частью к лазерному диоду.
Регулируем и получаем более-менее собранный луч.
Точно отрегулировать, наверное, можно, но нам и этого хватило, чтобы черный пластик начал плавиться.
Спичка мгновенно загоралась.
Из этого лазера получилась бы отличная пушка для игры в солдатики.
Видео
На видео видна скорость воздействия лазера на некоторые материалы (белый лист, надпись маркером на бумаге, черный пластик и черная изолента, нитка, пластилин).
Подписаться на новые эксперименты HI-TESTING можно Вконтакте или следить за новыми видео сюжетами на сайте канала.
