Лазерный диод для резки металла

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Помнится лет 10 тому назад, среди начинающих радиолюбителей было популярно делать лазеры из прожигающего диски диода DVD привода. При всей примитивности конструкции, с синим лазерным диодом удавалось получить мощность до 0,6 ватт, питая это дело от батареек. Но китайская промышленность не стоит на месте и теперь уже не фольгу на CD-диске, а дерево и даже металл стало возможным резать с помощью мощных современных лазерных модулей на 1-15 ватт. Все они предназначены для использования на ЧПУ станках (читайте подробнее тут) и питаются от 12 вольт. Естественно они могут работать и без сетевого питания — на 3-х литиевых аккумуляторах, что позволяет эти лазерные модули использовать… скажем так — не только в станках))

Но перейдём к обзору. В нём примут участие модули на 1, 5, 10 и 15 ватт. Начнём с самого младшего, который устанавливается в мини станочки лазерной гравировки.

1 Вт лазерная головка

5 Вт лазерная головка

10 Вт лазерная головка

450 нм

Выходная мощность: импульсная 15 Вт, средняя 8 Вт

Частота модуляции: TTL модулированный, 0В-off 5В-on

Частота ШИМ Схема подключения лазера

Подключаются модули к источнику постоянного напряжения 12 В, различаясь только током потребления. На станке для подачи питания служит специальный разъём на плате CNC, а при необходимости можно задействовать обычный импульсный блок питания, воткнув штекер в стандартное гнездо через такой переходник (идёт в комплекте).

TTL управление осуществляется через специальный блок, с помощью ШИМ импульсов. Схемы нет, но вот фото этой платы с деталями в хорошем качестве.

TTL БП плата

Какую выбрать мощность лазера

С самой мощной из доступных, 15-ваттной головкой, удаётся легко выполнять гравировку не только на дереве, но и почти на любом типе металла (одни поддаются выжиганию лучше — другие хуже). С лазером до 5 ватт получится гравировать и резать дерево, картон, пластик, кожу. Ну а модель на 1 ватт особым результатом не удивит — только картон и фанера.

Резка лазером — примеры

Примечание:

Головка будет выдавать 100% от интенсивности лазерного излучения, когда вы непосредственно подключите её к источнику питания 12 В. Не использовать более 10 минут в таком режиме, иначе лазер сгорит. Желательно чуть снизить питающее напряжение, хотя бы на 1 вольт — это существенно увеличит ресурс диода без заметного снижения мощности луча.

Отзывы покупателей о лазерных головках

Машинка упакована отлично +, Собрал действительно за 5 минут, даже не смотря в инструкцию +. Программное обеспечение на флешке, устанавливается элементарно, но нет на русском языке, пришлось посмотреть видео инструкцию +/ -. сам процесс гравировки как на видео, единственное на что нужно обратить внимание: простенький рисунок из папки тест на вложенном шаблоне, гравируется 10 минут (не быстро), а если что-то существенней — фото и размер со спичечный коробок более часа. Долго -. Качество гравировки, ну тут есть недочеты (пытался награвировать на ноже, ну скажем не очень получилось. И металл другой и не учел того что нож не ровный и фокусное расстояние из-за этого ушло), хотя можно их списать на мою неопытность. В целом неплохо. Поставил заслуженную 5.

Лазер каждый день работал хуже и хуже, в итоге не гравирует на металле, продавец не отвечает, узнала у других людей что эти лазеры теряют мощность через месяц, то есть это не первый случай, никому не советую покупать эту китайщину, деньги на ветер.

В описании рабочая зона не соответствует действительности, меньше где-то сантиметра на 2, когда режет картон то весь дым идет наружу, дышать не возможно. Подставка или сама конструкция немного не ровная, из-за чего фокусное расстояние везде получается разное. С резкой картона 1.5 мм справляется не плохо.

Купил 8w мощности и импульсно до 15w, фанеру 2 мм простреливает быстро, доставка около 20 дней и очень долго отправляется, возможно нет в наличии но всё качественно.

Товар соответствует требованиям по качеству. Если приспособиться, но можно качественно гравировать. Совет: 1. Даже в очках не смотреть на работающий лазер, 2. Устанавливать только на ровную поверхность, так как от толчков моторов происходит сдвиг. Жгёт не на всём, что и понятно: всего 15 ватт, фанеру 4 мм прожигает за 3-4 прохода.

Упакован отлично. Работает хорошо, гравирует, режет. Металл пробовал гравировать на присланном образце, получилось! Сам корпус сбитый, ровный. Программное обеспечение достаточно простое, есть подробная инструкция.

Видео использования лазера в станке ЧПУ

Это одна из самых современных технологий, используемых не только на производстве, но и в небольших мастерских. Данный способ при правильном подборе вида оборудования подходит практически для всех металлов, позволяет делать обычную и художественную (фигурную) резку. Чтобы добиться хороших результатов, необходимо ориентироваться в технологиях и принципах работы этого оборудования.

Мощность лазера для раскроя металлических заготовок различной толщины

Резка лучом лазера термическая, дает возможность добиться точности, почти полностью исключающей необходимость в дальнейшей обработке. Чтобы повысить эффективность, применяются различные газы: кислород, углекислый газ, азот, водород, гелий, аргон. Выбор зависит от вида материала, толщины заготовки, планов по поводу последующей обработки. Если для раскроя требуется очень высокая температура, используется кислород. Для работы с цирконием или титаном подходит только аргон.

Любой лазерное оборудование состоит из:

• механизма (системы), обеспечивающего подачу энергии;
• тела, генерирующего луч (твердого, волоконного, в виде смеси газов);
• зеркал (резонатора).

В твердотельное лазерное оборудование размещается диод и стерженек, изготовленный из рубина, неодима или граната. В волоконных лазерах элементом, генерирующим луч, (иногда и резонатором) служит оптическое волокно. В газовом оборудовании используются газы или их смеси. Мощность и сфера применения полностью зависят от вида оборудования:

• твердотелые (для латуни, меди, алюминия и сплавов из него) – 1-6 кВт;

• СО₂-лазеры (для любых тонких металлических заготовок) – 600-8000 кВт;
• газодимамические – от 150 кВт.

Для резки металла мощность лазера 450-500 Вт (кроме цветных металлов, для которых требуется от 1 кВт). Наиболее эффективен этот способ при толщине заготовок, толщина которых не превышает 6 мм. При 20-40 мм лазерное оборудование применяется редко. Для металла большой толщины лазерная резка (от 40 мм) почти не встречается.

Зависимость мощности от толщины заготовки

Толщина заготовки (мм)

Сталь (легированная, углеродистая)

Для обработки легированной и углеродистой стали в качестве вспомогательного элемента используется кислород, для нержавеющей стали – азот с давлением до 20 атмосфер. Цветные металлы и алюминий отличаются высокой теплопроводностью и низким уровнем поглощения лазерного луча. Для раскроя этих материалов используется твердотелый лазер, работающий в режиме импульсов.

Важно! Для резки металла толщиной 1мм выбор мощности лазера зависит от вида материала. Для стали достаточно 100 Вт, для титана необходимо 600 Вт.

Лазерный диод для резки металла

Лазерный диод для резки металла – полупроводниковый лазер, сконструированный по принципу p-n гомоструктурного диода. Полупроводником служит пластина, верхний слой которой создает n-области (отрицательную), нижний — p-область (положительную). Переход p-n сравнительно большой и плоский. Торцы по бокам служат резонаторами. Фотон, который движется перпендикулярно, отражается от торцов несколько раз, только потом сможет выйти.

В процессе прохода вдоль торцов создаются новые фотоны, излучение усиливается, начинается генерация луча. В момент выхода он сильно расходится, поэтому собирается линзами. Лазерные диоды для резки металла с большой мощностью (10 микрометров) дополнительно излучают углекислый газ (CO₂).

Важно! Оборудование этого типа отличается повышенной производительностью, сравнительно низкой стоимостью

СО₂ лазер (углекислый) для раскроя металла

Углекислые лазеры обладают характеристиками, делающими их идеальными для раскроя в промышленности. Первое — длинные инфракрасные волны, идеальные для нагрева. Второе — высокая эффективность (от 30%). Использование углекислого газа делает срез более гладким (если сравнивать с оборудованием со стекловолокном). Расширяется сфера применения, инвестиции быстро окупаются.

Недостаток СО₂ лазер для резки металла – необходимость в оптических зеркалах, оснащенных сапфировыми элементами и золотом. Кроме того, этот вид оборудования требует высокого электрического разряда на этапе формирования луча. Для резки металла (нержавеющей стали, алюминия) толщиной 2 мм достаточно мощности 160 Вт, если применяется лазер этого типа. При повышении мощности до 200 Вт можно резать листы толщиной 3 мм.

Активная среда состоит из смеси углекислого газа, гелия, неона. В зависимости от того, какая для резки металла нужна мощность лазера, может добавляться ксенон или водород. Пропорции тоже меняются, исходя из требований к свойствам луча, но объем СО₂ не превышает 20%. На рынке доступно оборудование этого вида с мощностью 1 кВт, 3-5 кВт и 10 кВт.

Длина волны лазера для резки металла

На поглощение материалом лазерного луча существенно влияют качества волны: длина и спектр. Длина волны лазера для резки металла полностью зависит от вида материала. Если рассматривать волоконный лазер, то один его узел создает луч с волной 1 мкм (миллимикрон). Если требуется более длинный луч, используется сумматор, объединяющий лучи нескольких модулей. Показатели твердотелых моделей отличаются мало – длина волны так же 1 мкм. Эти виды лазеров являются идеальным вариантом для резки практически всех видов металлов (даже благородных). Для резки металла (нержавейки) 20 мм мощность волоконного лазера – от 2 кВт.

В углекислых лазерах длина волны достигает 10,6 мкм, что создает более высокую плотность на обрабатываемой поверхности. Этот вид оборудования применяется для раскроя стекла, древесины, стеклопластика, демонстрируя высокое качество резки даже при большой толщине.

При выборе оборудования мало изучить технические характеристики: тип излучателя, мощность, длину волны, точность и качество реза. Важно точно определить требования конкретного производства. Мощность лазера для резки металла (например, нержавейки) толщиной 3 мм не может быть ниже 500 Вт. В противном случае снизится производительность, материал будет перегреваться. На первый взгляд может подойти СО₂-лазер требуемой мощности. Но в данном случае необходимо учесть длину волны, которая не совсем подходит для металлических заготовок.

Совет! Чтобы не ошибиться, перед покупкой необходимо все точно рассчитать или посоветоваться с квалифицированным специалистом.

Возможность изготовления из неиспользуемой или пришедшей в негодность техники чего-то полезного привлекает многих домашних мастеров. Одним из таких полезных устройств является лазерный резак. Имея в своем распоряжении подобный аппарат (некоторые делают его даже из обычной лазерной указки), можно выполнять декоративное оформление изделий из различных материалов.

Самодельным лазерным резаком можно вырезать тонкие деревянные детали или сделать гравировку на стекле

Какие материалы и механизмы потребуются

Чтобы изготовить простейший лазерный резак своими руками, вам потребуются следующие материалы и технические устройства:

• лазерная указка;
• обычный фонарик, оснащенный аккумуляторными батарейками;
• старый пишущий дисковод (CD/DVD-RW), оснащенный лазерным приводом (совершенно не обязательно, чтобы такой дисковод находился в рабочем состоянии);
• паяльник;
• набор слесарных инструментов.

Чем выше скорость записи привода, тем мощнее получится лазерный резак

Таким образом, можно изготовить простейшее устройство для лазерной резки, используя материалы, которые легко найти в домашней мастерской или в гараже.

Процесс изготовления простейшего лазерного резака

Основным рабочим элементом самодельного резака предложенной конструкции является лазерный элемент пишущего компьютерного дисковода. Выбирать именно пишущую модель дисковода следует потому, что лазер в таких устройствах отличается более высокой мощностью, позволяющей выжигать дорожки на поверхности установленного в них диска. В конструкции дисковода считывающего типа также присутствует лазерный излучатель, но его мощность, используемая лишь для подсвечивания диска, невысока.

Извлечение лазерного модуля из привода потребует аккуратности

Лазерный излучатель, которым оснащается пишущий дисковод, размещается на специальной каретке, способной передвигаться в двух направлениях. Чтобы снять излучатель с каретки, необходимо освободить его от большого количества крепежных элементов и разъемных устройств. Снимать их следует очень аккуратно, чтобы не повредить лазерный элемент. Кроме обычных инструментов, для извлечения красного лазерного диода (а для оснащения лазерного самодельного резака нужен именно он) потребуется паяльник, чтобы аккуратно освободить диод от имеющихся паяных соединений. Извлекая излучатель из посадочного места, следует соблюдать аккуратность и осторожность, чтобы не подвергать его сильному механическому воздействию, которое может стать причиной его выхода из строя.

Для резака нужен светодиод с красным свечением

Излучатель, извлеченный из пишущего компьютерного дисковода, необходимо установить вместо светодиода, которым изначально укомплектована лазерная указка. Для выполнения такой процедуры лазерную указку нужно разобрать, разделив ее корпус на две части. В верхней из них и находится светодиод, который следует извлечь и заменить на лазерный излучатель от пишущего компьютерного дисковода. Закрепляя такой излучатель в корпусе указки, можно использовать клей (важно только следить за тем, чтобы глазок излучателя располагался строго по центру отверстия, предназначенного для выхода луча).

Для контроля мощности нужно собрать простейшую электросхему, иначе светодиод может выйти из строя

Напряжения, которое вырабатывают источники питания в лазерной указке, недостаточно для того, чтобы обеспечить эффективность использования лазерного резака, поэтому применять их для оснащения такого устройства нецелесообразно. Для простейшего лазерного резака подойдут аккумуляторные батареи, используемые в обычном электрическом фонарике. Таким образом, совместив нижнюю часть фонарика, в которой размещаются его аккумуляторные батареи, с верхней частью лазерной указки, где уже находится излучатель от пишущего компьютерного дисковода, можно получить вполне работоспособный лазерный резак. Выполняя такое совмещение, очень важно соблюсти полярность аккумуляторных батарей, которые будут питать электроэнергией излучатель.

Схема резака на основе лазерной указки

Перед сборкой самодельного ручного лазерного резака предложенной конструкции из наконечника указки необходимо извлечь установленное в нем стекло, которое будет препятствовать прохождению лазерного луча. Кроме того, надо еще раз проверить правильность соединения излучателя с элементами питания, а также то, насколько точно располагается его глазок по отношению к выходному отверстию наконечника указки. После того как все элементы конструкции будут надежно соединены между собой, можно приступать к использованию резака.

В принципе для самодельного резака этой конструкции можно использовать любой подходящий корпус

Конечно, при помощи такого маломощного лазера не получится разрезать металлический лист, не подойдет он и для работ по дереву, но для решения несложных задач, связанных с резкой картона или тонких полимерных листов, он годится.

Проба резака. Изолента режется как ножом по маслу

По описанному выше алгоритму можно изготовить и более мощный лазерный резак, несколько усовершенствовав предложенную конструкцию. В частности, такое устройство необходимо дополнительно оснастить такими элементами, как:

• конденсаторы, емкость которых составляет 100 пФ и 100 мФ;
• резисторы с параметрами 2–5 Ом;
• коллиматор – устройство, которое используется для того, чтобы собрать проходящие через него световые лучи в узкий пучок;
• светодиодный фонарик со стальным корпусом.

Конденсаторы и резисторы в конструкции такого лазерного резака необходимы для того, чтобы создать драйвер, через который электрическое питание будет поступать от аккумуляторных батарей к лазерному излучателю. Если не использовать драйвер и пустить ток на излучатель напрямую, последний может сразу выйти из строя. Несмотря на более высокую мощность, такой лазерный станок для резки фанеры, толстого пластика и тем более металла также не получится.

Как изготовить более мощный аппарат

Домашних мастеров часто интересуют и более мощные лазерные станки, которые можно изготовить своими руками. Сделать лазер для резки фанеры своими руками и даже лазерный резак по металлу вполне возможно, но для этого необходимо обзавестись соответствующими комплектующими. При этом лучше сразу изготовить свой лазерный станок, который будет отличаться достойной функциональностью и работать в автоматическом режиме, управляясь внешним компьютером.

В зависимости от того, интересует вас лазерная резка металла своими руками или вам необходим аппарат для работ по дереву и другим материалам, следует правильно подбирать основной элемент такого оборудования – лазерный излучатель, мощность которого может быть различной. Естественно, лазерная резка фанеры своими руками выполняется устройством меньшей мощности, а лазер для резки металла должен оснащаться излучателем, мощность которого составляет не менее 60 Вт.

Для серьезного станка лучше потратиться приобрести лазерный диод нужной мощности

Чтобы изготовить полноценный лазерный станок, в том числе и для резки металла своими руками, потребуются следующие расходные материалы и комплектующие:

1. контроллер, который будет отвечать за связь между внешним компьютером и электронными компонентами самого устройства, тем самым обеспечивая управление его работой;
2. электронная плата, оснащенная информационным дисплеем;
3. лазер (его мощность выбирается в зависимости от материалов, для обработки которых будет использоваться изготавливаемый резак);
4. шаговые двигатели, которые будут отвечать за перемещение рабочего стола устройства в двух направлениях (в качестве таких двигателей можно применять шаговые электромоторы от неиспользуемых принтеров или DVD-плееров);
5. охлаждающее устройство для излучателя;
6. регулятор DC-DC, который будет контролировать величину напряжения, подаваемого на электронную плату излучателя;
7. транзисторы и электронные платы для управления шаговыми электродвигателями резака;
8. концевые выключатели;
9. шкивы для установки зубчатых ремней и сами ремни;
10. корпус, размер которого позволяет разместить в нем все элементы собираемой конструкции;
11. шарикоподшипники различного диаметра;
12. болты, гайки, винты, стяжки и хомуты;
13. деревянные доски, из которых будет изготовлена рабочая рама резака;
14. металлические стержни диаметром 10 мм, которые будут использоваться в качестве направляющих элементов;
15. компьютер и USB-кабель, при помощи которого он будет соединяться с контроллером резака;
16. набор слесарных инструментов.

Компоненты электронной начинки можно подобрать по отдельности или приобрести набор из комплектующих для станка ЧПУ

Если лазерный станок вы планируете использовать для работ по металлу своими руками, то его конструкция должна быть усиленной, чтобы выдерживать вес обрабатываемого металлического листа.

Наличие компьютера и контроллера в конструкции такого устройства позволяет использовать его не только в качестве лазерного резака, но и как гравировальный аппарат. С помощью данного оборудования, работа которого управляется специальной компьютерной программой, можно с высокой точностью и детализацией наносить сложнейшие узоры и надписи на поверхность обрабатываемого изделия. Соответствующую программу можно найти в свободном доступе в интернете.

По своей конструкции лазерный станок, который можно изготовить своими руками, представляет собой устройство челночного типа. Его подвижные и направляющие элементы отвечают за перемещение рабочей головки по осям X и Y. За ось Z принимается глубина, на которую выполняется резка обрабатываемого материала. За перемещение рабочей головки лазерного резака представленной конструкции, как уже говорилось выше, отвечают шаговые электродвигатели, которые фиксируются на неподвижных частях рамы устройства и соединяются с подвижными элементами при помощи зубчатых ремней.

Подвижная каретка самодельного резка

Очень важным этапом изготовления лазерного станка своими руками является его настройка после окончательной сборки. Настройке и регулировке подвергаются как элементы кинематической схемы резака, так и его лазерная головка. Если с первыми проблем обычно не возникает, то юстировка лазерной головки представляет собой достаточно сложный процесс, правила выполнения которого следует хорошо изучить.

В заключение предлагаем вашему вниманию пару видеороликов о сборке ещё одного варианта лазерного станка из двух DVD-приводов.