Лазерный резак на газовой смеси часть 2

Перевел 92 для mozgochiny.ru

Продолжение статьи о лазерном резаке своими руками.

Шаг 4: Оптика лазера

Для резки листа металла нужен лазерный луч с плотностью теплового потока 1550 Вт/мм2.

100 Вт лазер может достичь такой плотности потока при размерах пятна 0,6452 мм2 (280 микрон). Однако при той оптике, что использовалась в проекте, диаметр пучка составлял от 1,6 до 2,3 мм. В случае 1,6 мм при троекратном увеличении луча получаем диаметр 4,8 мм.

Расчет диаметра = 0.013 * M² * (фокусное расстояние/D), где M² равен 1, а D диаметр входного пучка.

Если заменить M² на 1.5, то получается диаметр 150 мкм. Согласно расчетам, плотность для этого пучка должна составлять 1550 Вт/мм2.

Расстояние от лазера (мм) = Диаметр пучка (мм)

• 0 мм = 1.9 мм;
• 250 мм = 2.9 мм;
• 500 мм = 4.7 мм;
• 750 мм = 6.7 мм;
• 1000 мм = 8.7 мм;
• 1500 мм = 12.9 мм;
• 2000 мм = 17.2 мм.

Таким образом, при расстоянии от лазера в 500 мм без каких-либо расширений диаметр пучка составит (предположим, что M² = 1.5) = 0.013 * 1.5 * (38,1/4.7) = 0.158 мм

Глубина резки = 2.5 * длину волны * ( фокусное расстояние / диаметр пучка )²

Усилитель улучшает форму пучка, а круговой поляризатор предотвращает возврат пучка в режущую головку. Режущая головка была изготовлена на заказ.

Пучок направляется на фокусирующую линзу, которая находится в центральной части режущей головки. Газ поступает в камеру ниже фокусирующей линзы. Этот ионизированный газ выходит из сопла вместе с пучком и испаряет материал.

Винты с шестигранной головкой позволяют регулировать систему зеркал. Со временем проведя эксперименты, удалось выяснить влияние этих винтов на луч, что падает на режущую поверхность. Изготовим на листе бумаге шаблон с центром для лазера.

Если луч не отцентрован, он будет отражаться от сторон выходя из сопла, при этом образовывая характерную картину.

Другой способ выравнивания. Удаляем сопло и пускаем короткий импульс на термочувствительную бумагу. Отрегулируемый луч будет оставлять такую же форму пятна, что и с насадкой.

В луче присутствует точка преломления (наименьший диаметр луча). В этой точке лазерный луч наиболее мощный. Точка может быть перемещена путем регулировки высоты режущей насадки.

Для того, чтобы найти высоту для минимального диаметра пучка, воспользуемся термобумагой и экспериментальным путем определим высоту.

Шаг 5: Контроллер лазера

Контроллер лазера состоит из нескольких самодельных электронных устройств, которые изменяют состояния самого лазера, генерируя импульс определенной модуляции.

Система идеально подходит для управления лазером, так как позволяет управлять различными элементами системы.

Есть более 120 различных линий связи, что идут от концевых выключателей, датчиков и плат. Все линии ведут к четырем 30 контактным гнездам. Решение хорошее, поскольку оно уменьшает количество различных спаянных контактов, уменьшает число прямых соединений между компонентами.

Всё это имеет ряд преимуществ:

Отсутствие пайки – это хорошо. Связь устанавливается путем обжима провода с последующей установкой в держатель. Однако есть проблемы при разборке.

Не рекомендую соединять компоненты с помощью проводов. Поскольку при замене компонентов придётся перепаивать довольно много выводов.

Не поймите меня не правильно, провода существуют, но они централизованы в четырех основных штекерах.

Есть значительные преимущества в расположении дорожек и компонентов на одной стороне платы. После выполнения травки проверьте дорожки тестером. Проводим отладку цепи на проверку качества соединений, тестирование чипов. При правильном подходе к процессу монтажа дальнейшее обслуживания платы не станет проблемой.

Дополнительная информация.

Шаг 6: Часто задаваемые вопросы

Я хочу сделать режущую систему. Чтобы вы сделали по-другому? Существует ли способы, чтобы сэкономить время при покупке комплектующих?

Большинство механических частей, таких как: ЧПУ стол, охлаждающая система, рама, лазер довольно дешёвые. Процесс покупки не занимает много времени. Возможно самая большая техническая проблема, что стала передо мной – это использование сварочного аппарата, который может быть не у всех.

Оптика в значительной степени была самодельной и я не думаю, что она прослужит долго. Есть некоторые виды оптики, которые специально предназначены для лазера. Это позволит просто взять оптику из коробки, подключить к системе и начать резку.

Электроника. У вас должны быть двигатели, несколько контроллеров, концевые выключатели и аварийный рубильник. Соединить это все в одну интегрируемую систему было большой работой.

Есть примеры на ebay, когда продаются лазерные резаки достаточной мощности для резки металла. Они очень дорогие, требуют вентиляции и охлаждения. Прекрасный вариант для тех, у кого есть деньги.

Короткий ответ на вопрос: если у вас нет лишних $50000, то думаю большинство элементов системы следует сделать самостоятельно.

Смогу ли я резать латунь?

Нет не сможете. Проблема заключается в том, что в меди и латуни тепло распространяется довольно быстро. Из-за этого не получится сосредоточить тепловой поток в определенной точке. Металл не будет испаряться.

Сколько это все будет стоить?

При грубом подсчете… общая стоимость составляла около 15 тис. $. Стоимость лазера составила порядка $6500, стол с ЧПУ – $500, оптика – $2500. Система охлаждения – $500. Было много других непредвиденных расходов, таких как: электронные компоненты, двигатели, контроллеры, проводка для 220 В и вентиляция. На постройку лазера пошло 2 года.

Глядя на все эти станки мне пришла в голову идея переделать свой 3D принтер в ЧПУ.

Не думаю, что это будет работать. Проблема в состоит в боковой тяге.

Во время работы принтера, положите руку на пути следования печатающей головки. Вы увидите, что даже не большое сопротивление будет препятствовать работе. Теперь подумайте о том, чтобы вместо печатающей головки установить на принтер гравер.

Представьте себе, какие проблемы возникнут при работе режущего инструмента с инерцией. Если тяжелый режущий инструмент движется в одном направлении, то быстро изменить направление движения не получится. При попытках экстренного изменения направления возможно повреждение ремней, шестерёнок или шаговиков. Большинство таких систем страдают тем, что присутствуют неточности в перемещении механизма. У системы есть люфт.

Может ли лазер нанести порез? Он оставляет ожоги?

Нет, не может. Одной из причин, по которым лазер не сможет этого сделать – это использование СО2. Луч не может проникнуть через воду, которая входит в состав кожных покровов. Другой причиной является то, что мощность пучка быстро рассеивается. В качестве эквивалентного примера – стрельба из дробовика по мишеням при расстоянии в километр. Если и получится получить порез, то кровь в ней сразу запечётся.

Шаг 7: Галерея

Различные предметы, что были сделаны с помощью лазера.

Спасибо за терпение! ЧПУшных Вам самоделок!

( Специально для МозгоЧинов #CO2-laser-that-cuts-sheet-metal" target="_blank">)