Co2 лазерный станок своими руками

Содержание

Лазер для резки фанеры своими руками: особенности технологии и основные элементы конструкции

Среди материалов для презентабельного декора фанера отличается наибольшей популярностью благодаря своим эксплуатационным качествам. Кроме того, она легка в обработке. Все большую популярность приобретают фигурные изделия из фанеры, изготавливаемые при помощи станков. Такие изделия имеют объемные узоры и тончайшую обработку. Практичные умы мастеров задаются вопросом: возможно ли сделать лазерный станок своими руками или нужно потратиться на готовый? Для начала необходимо разобраться во всех тонкостях станочной резки фанеры.

Лазерный станок своими руками: необходимое оборудование, инструкция по сборке с фото

Среди материалов для презентабельного декора фанера отличается наибольшей популярностью благодаря своим эксплуатационным качествам. Кроме того, она легка в обработке. Все большую популярность приобретают фигурные изделия из фанеры, изготавливаемые при помощи станков. Такие изделия имеют объемные узоры и тончайшую обработку. Практичные умы мастеров задаются вопросом: возможно ли сделать лазерный станок своими руками или нужно потратиться на готовый? Для начала необходимо разобраться во всех тонкостях станочной резки фанеры.

Изготовление лазерного гравёра своими руками: вся суть

После многочисленных попыток, у меня получился лазерный гравер на Ардуино своими руками, надежный и приятный в использовании.

Максимальная мощность – 3 Вт, но обычно я работаю на 2 Вт, чтобы поберечь лазерный диод. Честно говоря, разница между 2 и 3 Вт практически не заметна.

Лазерный резак на газовой смеси часть 2

Продолжение статьи о лазерном резаке своими руками.

16

Предисловие

Пару месяцев назад я просматривал записи с конкурса, в котором увидел несколько довольно крутых гравировальных машин, и я подумал: «Почему бы мне не создать свою собственную?». И так я и сделал, но не хотелось копировать чужой проект, я хотел сделать свой собственный уникальный ЧПУ станок своими руками. И так началась моя история …

Что собой представляет лазерное устройство для фигурной резки?

Технология лазерной гравировки позволяет переносить рисунки в объеме на лист фанеры. Этот способ является инновационным, однако уже заслужил популярность среди плотников и домашних мастеров.

В основе воздействия луча лежат микроразрушения древесины, сходные по интенсивности со сваркой. При воздействии высокой температуры контактный участок подвергается выгоранию.

Установка, являющаяся ключевой деталью устройства, осуществляет лучевое воздействие лазера. Для обработки используются углеводородные лазеры, следовательно, собрать станок лазерной резки своими руками без этой детали невозможно.

комплектация станка

Лазерный модуль с проводами и стеклянной линзой

  • STL-файлы, готовые для распечатки
  • GRBL-программу для моей конфигурации
  • плагин лазерного гравировщика, который я использую для Inkscape
  • файл с подсчетом стоимости деталей. Почти все их можно заказать на Aliexpress
  • файлы EAGLE для создания модуля с мосфет-диодом для индикации включения-выключения гравировщика

Для печати плат рекомендую сервис OSH Park.

Лазерный станок своими руками

Как уже говорилось выше, приобрести оборудование по дереву на основе лазера под силу не каждому, но сделать его самостоятельно из подручных материалов, вполне возможно.

Инструмент и материал для сборки

  • диод лазерный;
  • карандаш, лучше всего механический;
  • радиатор, в качестве охладителя;
  • оптическое волокно;
  • термическая смазка;
  • батарейки вида D или 2 АА;
  • защита для глаз.

Самый главный момент в работе – это защита глаз. Ни при каких обстоятельствах не смотрите на луч, чтобы не повредить зрение.

По поводу диода… Высокой мощности ИК диод с выходом 1W, способный выжигать любой материал, кроме металла. Диод должен работать на 2V с постоянным током 1,7А. Обратить следует внимание на то, что диоды имеют разную полярность (плюс и минус). В случае неправильно соединения диод просто сгорит.

Макет и его сборка

Соединяем диод с радиатором. Для лучшей теплопроводности обработать термической смазкой. Далее переходим к механическому карандашу. Лучше всего подойдет карандаш с металлическим корпусом, что в дальнейшем позволит избежать плавления при перегреве. Разбираем карандаш, в наконечник вставляем оптическое волокно и фиксируем при помощи эпоксидной смолы или клея.

Для лазера своими руками лучше взять тонкий карандаш под размер оптического волокна. Собираем: оптоволокно с наконечником вставляем обратно в карандаш и прочно закручиваем. Благодаря такой нехитрой, но быстрой конструкции каждый сможет своими руками выжигать различные узоры и делать гравировку на деревянных изделиях.

Если вы не передумали и решили, что лазерный станок вам просто необходим, тогда к выбору той или иной модели нужно подойти с особой ответственностью. Изучите полную информацию о каждой модели, сопоставьте необходимые вам параметры, и только потом приступайте к покупке. Также можно найти и информацию о том, как своими руками сделать оборудование на основе лазера из обыкновенного карандаша или старого DVD или CD привода.

Лазерный резак для резки фанеры, дерева, металла своими руками: советы по сборке

В настоящее время существует несколько ключевых технологий для обработки дерева или фанеры. Если говорить о классическом ручном методе, то он теряет свою популярность из-за ряда сложностей и длительности. Вместо этого люди начинают использовать автоматизированные изделия, включая углекислотные и плазменные системы, а также станок лазерной резки фанеры. Последний вариант стремительно обретает большой спрос и становится одним из самых востребованных.

Технические характеристики

Этот лазерный гравер оснащен 1,8 Вт 445 нм лазерным модулем, конечно, это ничто по сравнению с промышленными лазерными резаками, которые используют лазеры более 50 Вт. Но для нас будет достаточно и этого лазера. Он может вырезать бумагу и картон, и может выгравировать все виды древесины или изделия из фанеры. Я еще не тестировал другие материалы, но уверен, что он может наносить гравировку на многие другие поверхности. Сразу зайду наперед и скажу, что он имеет большое рабочее поле размером около 500×380 мм.

Кому под силу сделать такой лазерный станок? Каждому, не важно, вы инженер, юрист, учитель или студент, как я! Все, что вам необходимо – терпение и большое желание получить действительно качественный станок.

Мне потребовалось около трех месяцев, чтобы спроектировать и построить эту гравировальную машину, в том числе я около месяца ждал детали. Конечно, такую работу можно выполнить и быстрее, но мне всего 16 лет, поэтому работать я мог только на выходных.

Лазерный гравировальный станок своими руками

лазерная пушка китайского производства

Лазерная пушка – не самый сложный элемент конструкции, к тому же есть варианты. В зависимости от задач, можно выбрать различную мощность (соответственно стоимость, вплоть до бесплатного приобретения). Умельцы из Поднебесной предлагают разные готовые конструкции, порой выполненные с высоким качеством.

Такой пушкой мощностью 2Вт можно даже фанеру резать. Возможность фокусировки на необходимом расстоянии позволяет контролировать как ширину гравировки, так и глубину проникновения (для 3D рисунков).

Стоимость подобного устройства порядка 5-6 тыс. рублей. Если высокая мощность не нужна – используйте маломощный лазер от пишущего привода DVD, который можно за копейки приобрести на радио рынке.

Установка программного обеспечения

Вашему лазерному гроверу, который должен работать в автоматическом режиме, потребуется не только установка, но и настройка специального программного обеспечения. Важнейшим элементом такого обеспечения является программа, которая позволяет создавать контуры желаемого рисунка и преобразовывать их под расширение, понятное управляющим элементам лазерного гравера. Такая программа имеется в свободном доступе, и ее можно без особых проблем скачать на свой компьютер.

Программа, скачанная на управляющий гравировальным устройством компьютер, распаковывается из архива и устанавливается. Кроме того, вам потребуется библиотека контуров, а также программа, которая будет отправлять данные по создаваемому рисунку или надписи на контроллер «Ардуино». Такую библиотеку (как и программу для передачи данных на контроллер) также можно найти в свободном доступе. Для того чтобы ваша лазерная самоделка работала корректно, а гравировка, выполняемая с ее помощью, была качественной, вам потребуется настройка и самого контроллера под параметры гравировального устройства.

Подготовка к запуску

На заключительной стадии сборки станков проводится тестирование системы и ее подготовка к запуску. Прежде чем ввести устройство в эксплуатацию, проверяют надежность фиксации лазера, корректность соединения полярности проводки, обеспечивают ровную установку, без крена, перекосов.

Устройство можно собрать своими руками. При этом необходимо соблюдать технологию сборки, не пренебрегать правилами техники безопасности. Лазерный луч нужно использовать осторожно: он может нанести вред здоровью.

Самодельный аппарат позволяет в домашних условиях резать фанеру, создавать из нее различные полезные вещи.



Плюсы использования лазерной обработки

Интерес к сборке лазерного станка для резки фанеры своими руками обусловлен высокой стоимостью фабричных моделей. Такие устройства дают дополнительные возможности в манипуляциях с изделиями, которые недоступны при механическом воздействии. Устройства на основе лазерного воздействия используются как в промышленных масштабах, так и домашними мастерами, а также мелкими предпринимателями.

Отличительная черта резки посредством лазера – ширина шва, которая может лишь немного превышать толщину лазерного луча прибора. Это позволяет наносить точный рисунок, максимально приближенный к заданному макету. Собранный своими руками лазерный станок не уступает по качеству выполняемого среза промышленным аналогам и отличается такими же технологическими процессами внутри устройства.

Среди особенностей применения технологии лазерной резки можно выделить следующие:

  1. Область взаимодействия с лучом неизбежно приобретает более темный оттенок.
  2. Использование этого способа позволяет избежать механической деформации, поскольку классические усилия применять нет необходимости.
  3. При выборе источника древесины для работы следует отдавать предпочтение породам с наименьшим содержанием смол.
  4. При обработке лазером образуется небольшое количество стружки.
  5. Выполняя большие объемы работ посредством станочной обработки, следует позаботиться о наличии системы вентилирования.
  6. На равномерность среза, получаемого в процессе резки, влияет выставленный температурный режим и скорость движения луча лазера.
  7. Работа лазера контролируется числовым программным управлением (ЧПУ), что позволяет полностью автоматизировать процесс обработки.

Станок с углекислотным лазер 80 Вт

  • Производитель: ZJMZYM
  • Номер: JW-6090
  • Обработка CNC
  • Питание: 220v/50hz
  • Цена: $1500

Технические характеристики

  • Тип трубки: СО2 лазер
  • Мощность: 60 Вт/80 Вт/100 Вт/130 Вт/150 Вт
  • Рабочая площадь: 900 х 600 мм
  • Интерфейс: Английский, китайский
  • Рабочая температура: 0-45С
  • Влажность: 5-95%
  • Режим привода: цифровой микростеппинг
  • Принудительное охлаждение
  • Мощность на резке акрила: 60 Вт (8-12 мм), 80 Вт (10-15 мм), 100 Вт (15-20 мм)
  • Различной мощность для резки различной толщины.

В комплекте могут быть по желанию установлены различные лазерные головки: 60 Вт/80 Вт/100 Вт/130 Вт/150 Вт.

Общая технология гравировки

По своему определению гравирование (с фр. graver — вырезать) — процесс нанесения на предмет надписей, рисунков или орнаментов путем снятия части верхнего шара поверхности. В зависимости от выбранной методики, нанесенный рисунок может быть как углубленным, так и выпуклым. Гравировка по металлу требует наличия специальных инструментов. Конечно, примитивный рисунок можно сделать и подручными предметами, но используя непрофессиональное оборудование невозможно достичь желаемого качества и точности.

Электроника для самодельного лазерного ЧПУ станка

В станках с ЧПУ важнейшую роль играет электронная начинка. Она должна обеспечить управление прибором с компьютера путем выдачи команд шаговым двигателям и руководства траекторией движения рабочего органа. Для этого необходима управляющая программа, которая обеспечит подачу нужных команд на контроллер в форме G-кодов. Обязательно устанавливается порт LPT.

Важно! Для восприятия команд и распределения их по шаговым двигателям в контроллере располагается управляющая плата. Популярностью пользуется стандартная плата KY-2012 (5 Axis CNC Breakout Board for Stepper Motor Driver с DB25 Cable). Часто станки делаются на базе Arduino.

Последовательность фигурной резки

Фигурная резка на фанерном листе включает основные этапы:

  • В первую очередь создается рисунок. Это либо производится ручным нанесением на материал, либо задается электронно.
  • Далее выбирается режим резки, главной характеристикой которого является мощность излучения. Интенсивность прожига, в свою очередь, напрямую зависит от толщины поверхности.
  • Нанесение рисунка на материал с заданной скоростью. Как правило, высокая скорость гравировки сопровождается большим потемнением краев среза.

Возможно ли смастерить лазерный станок своими руками? Да, это реальная задача.

Чтобы собрать лазерный ЧПУ-станок своими руками, необходимо обратить внимание на скольжение направляющих; приводы в большом изобилии представлены в магазинах соответствующего профиля.

Таким образом, если использовать основные комплектующие, аналогичные таковым в заводских установках, и применять принцип равноценной замены деталей, изготовить лазерный станок для фанеры своими руками вполне реально, что подтверждает опыт изобретательных мастеров.

Гравер на основе Arduino

Многие изготавливают ЧПУ граверы дома на основе Ардуино.

Основы сборки

Прежде чем сделать такой гравер своими руками, необходимо разобраться с основными рекомендациями по сборке:

  • перед началом работы надо заранее создать схему гравера;
  • двигатель гравера надо монтировать на алюминиевые пластины;
  • нужно вручную выравнивать вал мотора.

Важно! Толщина алюминиевых плит, на которых будет установлен мотор, должна быть не меньше 3 мм. Такие пластины менее гибкие.

Инструменты и материалы


Алюминиевые пластины используются для фиксации двигателя
Для создания гравера понадобится следующее:

  • шаговый двигатель;
  • винты диаметром 15 мм;
  • вал длиной 50 см;
  • алюминиевая штанга и углы;
  • винты М5;
  • гайки и шайбы М5.

Все вышеперечисленное необходимо подготовить заранее.

Создание осей и основания

Для изменения положения по осям Х и Y используются подшипники и шариковые винты. Они позволяют непрерывно работать двигателю на более высоких оборотах.

Для остановки вращения используется металлическая пластина. Она крепится к гайке и подшипникам через алюминиевый угол.

Электронная часть

В качестве лазера используется диод мощностью 1,5 Вт. Его надо обязательно подключить к радиатору, чтобы уберечь от перегрева. Также для охлаждения лазерного модуля используют алюминиевые опоры.

Интенсивность свечения лазера во многом зависит от силы тока. Не рекомендуется подключать диод напрямую к источнику питания. Лучше сначала соединить его с регулятором, который позволит уменьшать и увеличивать силу тока.

Программная часть

Устройства на основе Ардуино работают при помощи встроенного в микроконтроллер ПО. Программа позволяет регулировать скорость двигателя после каждого подхода. Также встроенное ПО позволяет замедлять работу мотора во время записи пикселя. Благодаря этому удается повысить качество гравировки.

Дополнительная информация! Программная часть написана на языке С++.

Запуск и настройка

Запустить гравер достаточно просто. Для этого нужно подключить его к источнику питания и нажать на кнопку включения. После этого устройство должно заработать. Настройка осуществляется при помощи регулятора интенсивности свечения лазера.

Проверка работоспособности

Чтобы проверить, работает ли гравер, необходимо подсоединить его к сети и включить. После этого должен загореться лазер. Если этого не произошло, значить во время сборки устройства была допущена ошибка. В таком случае рекомендуется разобрать гравер и проверить все контакты.

Есть вполне работоспособные решения, изготовление займет один выходной день

Как извлечь лазерный полупроводник из привода, объяснять не требуется, если вы умеете «делать вещи» руками – это не трудно. Главное – подобрать прочный и удобный корпус. К тому же, «боевой» лазер, пусть и маломощный, требует охлаждения. В случае с DVD приводом достаточно пассивного радиатора.

Корпус-рукоятку можно выполнить из двух латунных гильз от пистолета. Подойдут стреляные патроны от «ТТ» и «ПМ». Они имеют небольшую разницу в калибре, и отлично входят друг у друга.

Высверливаем капсюли, и на место одного из них устанавливаем лазерный диод. Латунь гильзы послужит отличным радиатором.
самодельный лазер из DVD
Остается подключить питание 12 вольт, например, от порта USB вашего компьютера. Мощности хватит, в компьютере привод запитан от того же блока питания. На этом все, лазерная гравировка своими руками в домашних условиях практически из мусора.
лазерная гравировка своими руками
Если вам необходим координатный станок – можно закрепить прожигающий элемент на готовом позиционирующем устройстве.

Лазерный гравер из принтера с засохшей чернильной головкой – прекрасный способ вернуть жизнь сломанному агрегату.

Немного поработать с подачей заготовки вместо бумаги (для плоской фанеры или металлической пластины это не проблема), и у вас есть практически заводской гравер. Программное обеспечение может и не понадобиться – используется драйвер от принтера.

При наличии схемы, вы просто подключаете сигнал подачи чернил на вход лазера, и «печатаете» на твердых материалах.

Комплектующие, которые понадобятся

До сборки лазерного станка своими руками необходимо позаботиться о наличии следующих важных компонентов, тандем которых позволит получить от лазерного гравировального станка, собранного своими руками, качественную работу:

  1. Устройство преобразователя лазера. Лазерную пушку необходимо приобрести, так как ее изготовление трудоемко и не оправдывает приложенные усилия.
  2. Также в установке должна присутствовать специальная каретка, от плавности движения которой будет зависеть результат работы станка. Направляющие можно изготовить из подручных средств, но они должны захватывать всю площадь обрабатываемой поверхности. Таким образом, понадобятся двигатели, которые необходимо будет подсоединить к электронной плате, реле, зубчатые ремни и подшипники.
  3. Электронный блок питания лазерного устройства, которое также отвечает за выполнение команд, передаваемых с пункта управления на лазер.
  4. Программное обеспечение, необходимое для ввода данных и требуемого рисунка или узора.
  5. Также необходимо обеспечить отток вредных продуктов, образующихся в процессе сгорания. Для этого оптимальной будет налаженная система локальной вентиляции.

необходимые материалы

Сопутствующие материалы для изготовления лазерного станка своими руками

При сборке понадобятся доски, стяжки, крепежные детали, отвертка, приспособления для резки металла и дерева, шлифовки, а также смазочные и охлаждающие материалы.

Для электронного управления чаще всего используют микроконтроллер Arduino R3, также понадобятся плата с дисплеем и компьютер для управления командами.

Особенности волоконных лазеров

Использование волокна в качестве рабочей среды дает большую длину взаимодействия, которая хорошо работает при диодной накачке. Эта геометрия приводит к высокой эффективности преобразования фотонов, а также надежной и компактной конструкции, в которой отсутствует дискретная оптика, требующая настройки или выравнивания.

Волоконный лазер, устройство которого позволяет ему хорошо адаптироваться, может быть приспособлен как для сварки толстых листов металла, так и для получения фемтосекундных импульсов. Световолоконные усилители обеспечивают однопроходное усиление и используются в сфере телекоммуникаций, поскольку способны усиливать многие длины волн одновременно. Такое же усиление применяется в усилителях мощности с задающим генератором. В некоторых случаях усилитель может работать с лазером непрерывного излучения.

Другим примером являются источники спонтанного излучения с волоконным усилением, в которых вынужденное излучение подавляется. Еще одним примером может служить рамановский волоконный лазер с усилением комбинированного рассеивания, существенно сдвигающим длину волны. Он нашел применение в научных исследованиях, где для комбинационной генерации и усиления используется фторидное стекловолокно, а не стандартные кварцевые волокна.

Тем не менее, как правило, волокна изготавливают из кварцевого стекла с редкоземельной легирующей примесью в ядре. Основными добавками являются иттербий и эрбий. Иттербий имеет длины волн от 1030 до 1080 нм и может излучать в более широком диапазоне. Использование 940-нм диодной накачки значительно сокращает дефицит фотонов. Иттербий не обладает ни одним из эффектов самогашения, которые есть у неодима при высоких плотностях, поэтому последний используется в объемных лазерах, а иттербий – в волоконных (они оба обеспечивают примерно одинаковую длину волны).

Эрбий излучает в диапазоне 1530–1620 нм, безопасном для глаз. Частоту можно удвоить для генерации света при 780 нм, что недоступно для волоконных лазеров других типов. Наконец, иттербий можно добавить к эрбию таким образом, что элемент будет поглощать излучение накачки и передавать эту энергию эрбию. Тулий – еще одна легирующая присадка со свечением в ближней инфракрасной области, которая, таким образом, является безопасным для глаз материалом.

промышленные волоконные лазеры

Несколько полезных рекомендаций

Решая вопрос о том, какой гибкий вал использовать для оснащения своего самодельного гравера, лучше выбирать приводные элементы от стоматологических бормашин. Делать это рекомендуется по той причине, что такие валы, даже снятые со старых бормашин, уже оснащены рабочими насадками с зажимными механизмами цангового типа, в которых очень удобно и надежно фиксируется используемый инструмент.

Между тем у использования гибкого вала от стоматологической бормашины в качестве приводного элемента насадки гравера есть и определенные неудобства. Заключаются они в том, что для стоматологических насадок не всегда можно подобрать инструменты, требуемые при работе на гравировальной установке. Решается такая проблема достаточно просто: многие инструменты для гравера можно изготовить самостоятельно, используя для этого подручные материалы.

Как сделать гравер своими руками видео

Самодельные насадки для гравера

Так, достаточно качественные фрезы для гравировальных установок можно сделать из поломанных сверл, если, используя обычный точильный станок, придать их рабочей части требуемую конфигурацию. Абразивные головки различной формы, которые активно используются при обработке с помощью гравера, можно изготовить из обломков точильного круга средней твердости.

Сначала такие обломки необходимо оснастить хвостовиком, который делается из стальной проволоки диаметром 2,6 мм. Затем такой хвостовик вставляют в предварительно выполненное отверстие в абразивном обломке и замоноличивают в нем при помощи эпоксидной смолы. Последнее, что останется сделать для превращения такой заготовки в полноценный инструмент для гравера, – это придать его абразивной части требуемую конфигурацию при помощи точильного станка, оснащенного кругом высокой твердости.

Самодельный лазерный гравер для работы с большими площадями

В качестве основы берется любой чертеж для сборки так называемых KIT наборов от тех же друзей китайцев.
схема Самодельного лазерного гравера
Найти алюминиевый профиль не проблема, изготовить каретки с колесиками тоже. На одну из них устанавливается готовый лазерный модуль, другая пара кареток будет перемещать направляющую ферму. Движение задают шаговые двигатели, крутящий момент передается с помощью зубчатых ремней.
шаговый двигатель на направляющей
Конструкцию лучше собрать внутри какого-нибудь ящика, с активной вентиляцией. Выделяющийся при гравировке едкий дым вреден для здоровья. При эксплуатации в помещении, необходима вытяжка на улицу.

Важно! При эксплуатации лазера такой мощности, необходимо соблюдать меры безопасности.

Кратковременное воздействие на кожу человека, вызывает сильный ожог.

Если вы работаете с металлическими пластинами, отраженные блики луча могут повредить сетчатку глаза. Лучшей защитой послужит оргстекло красного цвета. Это нейтрализует синий лазерный луч, и позволит контролировать процесс в реальном времени.
самодельный лазерный гравер для больших площадей
Схема управления собирается на любом программируемом контроллере. Наибольшей популярностью пользуются системы Arduino UNO, продающиеся на тех же китайских сайтах электроники. Решение недорогое, но эффективное и практически универсальное.
Схема управления гравером
Самый распространенный вариант – подключение к персональному компьютеру. Создание рисунка и параметров гравировки происходит на любом стандартном графическом редакторе.

Важно! Следует помнить, что большинство контроллеров на базе Arduino работают только с векторными изображениями.

Если ваша картинка растровая – следует произвести трассировку.

Подключив и запрограммировав контроллер USB, вы сможете выводить задание на гравировку непосредственно с цифрового носителя (флешки), предварительно создав файл на компьютере.
Итог:

Гравировальный станок с лазерной головкой настолько доступен, что его можно приобрести не только для коммерческого применения, но и для личного использования.

Изготовление поделок для детей, экономия на рекламных материалах для собственной фирмы, дизайнерские предметы для жилища – вот неполный перечень применения станка.

А самостоятельно изготовленная установка будет радовать вас минимальными затратами.

Последовательность сборки станка

Собранный своими руками самодельный лазерный станок с ЧПУ дает повод для гордости мастеру, а также позволяет основательно разобраться в процессе филигранной обработки материалов из дерева.

Основные этапы комплектации установки можно представить в виде последовательных шагов:

  1. Подготовка материалов.
  2. Сбор компонентов управления.
  3. Комплектация механической части.
  4. Настройка параметров резки.
  5. Старт работы станка.

Волоконные лазеры: принцип работы

Устройства этого типа представляют собой вариацию стандартного твердотельного источника когерентного излучения с рабочим телом из оптоволокна, а не стержня, пластины или диска. Свет генерируется легирующей примесью в центральной части волокна. Основная структура может варьироваться от простой до довольно сложной. Устройство иттербиевого волоконного лазера таково, что волокно имеет большое отношение поверхности к объему, поэтому тепло может быть относительно легко рассеяно.

Волоконные лазеры накачиваются оптически, чаще всего с помощью диодных квантовых генераторов, но в некоторых случаях – такими же источниками. Оптика, используемая в этих системах, как правило, представляет собой волоконные компоненты, причем большинство или все они соединены друг с другом. В некоторых случаях используется объемная оптика, а иногда внутренняя оптоволоконная система сочетается с внешней объемной оптикой.

Источником диодной накачки может служить диод, матрица, или множество отдельных диодов, каждый из которых связан с соединителем волоконно-оптическим световодом. Легированное волокно на каждом конце имеет зеркало объемного резонатора – на практике в волокне делают решетки Брэгга. На концах объемной оптики нет, если только выходной луч не переходит в нечто иное, чем волокно. Световод может скручиваться, так что при желании лазерный резонатор может иметь длину в несколько метров.

волоконный лазер

Схема подключения лазера

Схема питания лазерного модуля


Схема питания лазерного модуля в ЧПУ
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).

Полезное: Паяльная станция REXANT


Переходник внешнего блока питания лазера

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

Подготовка необходимых материалов и оборудования

Требуемые детали необходимо подготовить, они должны быть доступны в любой момент. Это позволит производить сборку в размеренном и слаженном темпе. Для того чтобы сделать лазерный станок своими руками, чертежи можно использовать готовые, а можно сделать самостоятельно.

чертежи станка

Обработка поверхностей

Существует большой интерес в небольших волоконных лазерах для микро- и нанообработки. При снятии поверхностного слоя, если длительность импульса короче 35 пс, отсутствует разбрызгивание материала. Это исключает образование углублений и других нежелательных артефактов. Импульсы в фемтосекундном режиме производят нелинейные эффекты, которые не чувствительны к длине волны и не нагревают окружающее пространство, что позволяет работать без существенного повреждения или ослабления окружающих участков. Кроме того, отверстия могут быть разрезаны с большим отношением глубины к ширине – например, быстро (в течение нескольких миллисекунд) проделать небольшие отверстия в 1-мм нержавеющей стали с помощью 800-фс импульсов с частотой 1 МГц.

Можно также производить поверхностную обработку прозрачных материалов, например, глаза человека. Чтобы вырезать лоскут при микрохирургии глаза, фемтосекундные импульсы плотно фокусируются высокоапертурным объективом в точке ниже поверхности глаза, не вызывая никаких повреждений на поверхности, но разрушая материал глаза на контролируемой глубине. Гладкая поверхность роговицы, которая имеет важное значение для зрения, остается целой и невредимой. Лоскут, отделенный снизу, затем может быть подтянут для поверхностного эксимер-лазерного формирования линзы. Другие медицинские применения включают хирургию неглубокого проникновения в дерматологии, а также использование в некоторых видах оптической когерентной томографии.

Сборка электрической схемы

Система управления полагается на работу платы, которую можно приобрести уже готовую либо собрать на базе микросхемы. Среди наиболее простых для домашнего использования выделяют микросхему Arduino. На фото ниже представлена схема сборки электронной платы для лазерного ЧПУ станка, изготавливаемого своими руками.

соединение платы

Полная комплектация

Конструкция челноков для будущего устройства собирается при помощи стержней, которые вставляются в их борта, отвечающих за оси координат в двухмерной проекции. Направляющие стержни предварительно следует отшлифовать их при помощи наждачной бумаги или шлифмашины. Далее их нужно обработать подготовленной смазкой для более плавного движения.

деревянная основа

В подвижном механизме в первую очередь монтируются механизмы для обеспечения движения, далее – шарикоподшипники. Завершающим этапом устанавливаются ремни. Собирая лазерный гравировальный станок своими руками, удобно использовать основу из металла, размером, дважды превышающим размер движущих механизмов. Креплениями могут служить саморезы, которые вставляются в заранее подготовленные отверстия. Металлический кронштейн устанавливается на центр станка, а по загнутым краям металлической основы устанавливается подшипниковая система. На образовавшуюся подвижную систему надевается ремень с зубьями и она крепится саморезом к деревянной основе.

сборка ЧПУ станка

Автоматизация и управление

Важным моментом действия агрегата, собранного своими руками, является синхронная работа двигателей направляющих, что достигается путем подключения управления, которое осуществляется платой, одинаковой для обоих механизмов.

Необходимые для запуска самодельного станка программы доступны в Сети. Требуемые утилиты нужно скачать на используемый для управления компьютер. Среди наиболее популярных для работы с лазерной резкой: Inkscape, Arduno IDE, Universal Gcode Sender (версия 1.0.7).

Указанные программы устанавливаются по стандартному шаблону, после чего можно приступать к заданию параметров контура будущего рисунка.

Для управления параметрами резки и гравировки, такими как мощность (то есть температура прожига) и скорость движения лазера, понадобится настройка платы Arduno IDE. В первую очередь следует загрузить код GRBL, который можно выбрать из предлагаемого программой перечня. Затем можно приступать к настройке параметров резки.

Техника безопасности при резке и гравировке

Во время работы с устройством лазерной резки нужно придерживаться правил техники безопасности. Критическим моментом является потенциальная угроза, исходящая от работающего лазера. Соприкосновение лазерного луча с кожными покровами вызывает ожоги даже при непродолжительном воздействии. Кроме того, следует обезопасить глаза при работе с данным видом устройства, поскольку попадание излучения на сетчатку может спровоцировать необратимую слепоту.

В наше время любая идея изобретательного мастера по работе с деревом может быть воплощена с помощью современных технологий обработки, благодаря чему можно получить произведения искусства из грубого материала. Если есть стремление сэкономить средства на оборудовании, небольшие усилия позволят собрать лазерный станок своими руками, и он будет долго служить своему хозяину, радуя ажурными и качественными изделиями из дерева.

Внедрение технологии лазерной резки в условиях собственной мастерской позволяет не только производить изделия для собственного пользования, но и использовать ее как средство заработка.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий