Лазер который прожигает металл

Не секрет, что каждому из нас в детстве хотелось иметь такое устройство, как лазерная установка, которая могла бы разрезать металлические уплотнения и прожигать стены. В современном мире эта мечта легко воплощается в реальность, поскольку теперь можно соорудить лазер с возможностью резки различных материалов.

Электрическая схема блока питания лазерного диода.

Разумеется, в домашних условиях невозможно изготовить настолько мощную лазерную установку, которая будет прорезать железо или дерево. Но при помощи самодельного устройства можно резать бумагу, полиэтиленовое уплотнение или тонкий пластик.

Лазерным устройством можно выжигать различные узоры на листах фанеры или на дереве. Оно может использоваться в качестве подсветки объектов, расположенных в удаленной местности. Область его применения может быть как развлекательной, так и полезной в строительных и монтажных работах, не говоря о реализации творческого потенциала в сфере гравировки по дереву или оргстеклу.

Как правильно сделать пол из фанеры.

Режущий лазер

Инструменты и принадлежности, которые потребуются для того, чтобы изготовить лазер своими руками:

Рисунок 1. Схема лазерного светодиода.

• неисправный DVD-RW привод с рабочим лазерным диодом;
• лазерная указка или портативный коллиматор;
• паяльник и мелкие провода;
• резистор на 1 Ом (2 шт.);
• конденсаторы на 0,1 мкФ и 100 мкФ;
• аккумуляторы типа ААА (3 шт.);
• маленькие инструменты типа отвертки, ножика и напильника.

Этих материалов будет вполне достаточно для предстоящих работ.

Итак, для лазерного устройства в первую очередь необходимо подобрать DVD-RW привод с поломкой механического характера, поскольку оптические диоды должны быть в исправности. Если у вас отсутствует износившийся привод, придется приобрести его у людей, которые продают его на запчасти.

При покупке следует учитывать, что большинство приводов от производителя Samsung являются непригодными для изготовления режущего лазера. Дело в том, что эта компания выпускает DVD-приводы с диодами, которые не защищены от наружного воздействия. Отсутствие специального корпуса означает, что лазерный диод подвержен тепловым нагрузкам и загрязнению. Его можно повредить легким прикосновением руки.

Рисунок 2. Лазер из DVD-RW привода.

Оптимальным вариантом для лазера будет привод от производителя LG. Каждая модель оснащается кристаллом с различной степенью мощности. Этот показатель определяется скоростью записывания двухслойных DVD-дисков. Крайне важно, чтобы привод был именно записывающим, поскольку в нем содержится инфракрасный излучатель, который нужен для изготовления лазера. Обычный не подойдет, так как он предназначен только для считывания информации.

DVD-RW со скоростью записи 16Х оснащен красным кристаллом мощностью 180-200 мВт. Привод со скоростью 20Х содержит диод мощностью 250-270 мВт. Высокоскоростные записывающие устройства типа 22Х оборудуются лазерной оптикой, мощность которой достигает 300 мВт.

Разборка DVD-RW привода

Этот процесс должен проделываться с тщательной осторожностью, поскольку внутренние детали имеют хрупкую структуру, их легко повредить. Демонтировав корпус, вы сразу заметите необходимую деталь, она выглядит в виде небольшого стеклышка, расположенного внутри передвижной каретки. Его основание и нужно извлечь, оно отображено на рис.1. Этот элемент содержит оптическую линзу и два диода.

На этом этапе сразу следует предупредить, что лазерный луч является крайне опасным для человеческого зрения.

При прямом попадании в хрусталик он повреждает нервные окончания и человек может остаться слепым.

Лазерный луч обладает ослепляющим свойством даже на расстоянии 100 м, поэтому важно следить за тем, куда вы его направляете. Помните, что вы несете ответственность за здоровье окружающих, пока такое устройство находится в ваших руках!

Рисунок 3. Микросхема LM-317.

Перед тем как приступить к работе, необходимо знать, что лазерный диод можно повредить не только неосторожным обращением, но и перепадами напряжения. Это может случиться за считанные секунды, поэтому диоды работают на основе постоянного источника электричества. При повышении напряжения светодиод в устройстве превышает свою норму яркости, вследствие чего разрушается резонатор. Таким образом, диод теряет свою способность к нагреву, он становится обычным фонариком.

На кристалл воздействует и температура вокруг него, при ее падении производительность лазера возрастает при неизменном напряжении. Если она превысит стандартную норму, резонатор разрушается по схожему принципу. Реже диод повреждается под воздействием резких перепадов, которые обуславливаются частыми включениями и выключениями устройства в течение короткого периода.

После извлечения кристалла необходимо моментально перевязать его окончания оголенными проводами. Это нужно для создания соединения между его выходами напряжения. К этим выходам нужно припаять малый конденсатор на 0,1 мкФ с отрицательной полярностью и на 100 мкФ с положительной. После этой процедуры можно снять намотанные провода. Это поможет защитить лазерный диод от переходных процессов и статического электричества.

Питание

Зависимость величины поглощенной энергии лазерного излучения от радиуса луча и типа соединения.

Перед созданием элемента питания для диода необходимо учесть, что он должен подпитываться от 3V и расходует до 200-400 мА в зависимости от скорости записывающего устройства. Следует избегать подсоединения кристалла к аккумуляторам напрямую, поскольку это не простая лампа. Он может испортиться даже под воздействием обычных батареек. Лазерный диод является автономным элементом, который подпитывается электричеством через регулирующий резистор.

Система питания может быть налажена тремя способами с различной степенью сложности. Каждый из них предполагает подпитку от постоянного источника напряжения (аккумуляторы).

Первый метод предполагает регуляцию электричеством при помощи резистора. Внутреннее сопротивление устройства измеряется путем определения напряжения во время прохода через диод. Для приводов со скоростью записи 16Х вполне достаточно будет 200 мА. При повышении этого показателя существует вероятность испортить кристалл, поэтому стоит придерживаться максимального значения в 300 мА. В качестве источника питания рекомендуется воспользоваться телефонным аккумулятором или пальчиковыми батарейками типа ААА.

Преимуществами этой схемы питания являются простота и надежность. Среди недостатков можно отметить дискомфорт при регулярной подзарядке аккумулятора от телефона и сложность размещения батареек в устройстве. Кроме того, трудно определить нужный момент для подзарядки источника питания.

Рисунок 4. Микросхема LM-2621.

Если вы используете три пальчиковых батарейки, эту схему можно легко обустроить в лазерной указке китайского производства. Готовая конструкция отображена на рис.2, два резистора на 1 Ом в последовательности и два конденсатора.

Для второго метода применяется микросхема LM-317. Этот способ обустройства системы питания намного сложнее предыдущего, он больше подойдет для стационарного типа лазерных установок. Схема основывается на изготовлении специального драйвера, который представляет собой небольшую плату. Она предназначена для ограничения электротока и создания необходимой мощности.

Цепь подключения микросхемы LM-317 отображена на рис.3. Для нее потребуются такие элементы, как переменный резистор на 100 Ом, 2 резистора на 10 Ом, диод серии 1Н4001 и конденсатор на 100 мкФ.

Драйвер на основе данной схемы поддерживает электрическую мощность (7V) вне зависимости от источника питания и окружающей температуры. Несмотря на сложность устройства эта схема считается простейшей для сборки в домашних условиях.

Третий метод является наиболее портативным, что делает его самым предпочтительным из всех. Он обеспечивает питание от двух батареек ААА, поддерживая постоянный уровень напряжения, подаваемого на лазерный диод. Система удерживает мощность даже при низком уровне заряда в аккумуляторах.

При полной разрядке батарейки схема перестанет функционировать, а через диод будет проходить небольшое напряжение, которое будет характеризоваться слабым свечением лазерного луча. Этот тип подачи питания является самым экономичным, его коэффициент полезности действия равняется 90%.

Схема двухстандартной оптической головки.

Для реализации такой системы питания понадобится микросхема LM-2621, которая размещена в корпусе размером 3×3 мм. Поэтому вы можете столкнуться с определенными трудностями в период припаивания деталей. Конечная величина платы зависит от ваших умений и сноровки, поскольку детали можно расположить даже на плате 2×2 см. Готовая плата отображена на рис.4.

Дроссель можно взять от обычного блока питания для стационарного компьютера. На него наматывается проволока с сечением 0,5 мм с количеством оборотов до 15 витков, как это показано на рисунке. Дроссельный диаметр изнутри составит 2,5 мм.

Для платы подойдет любой диод Шоттки со значением 3 А. К примеру, 1N5821, SB360, SR360 и MBRS340T3. Мощность, поступающая к диоду, настраивается резистором. В процессе настройки рекомендуется соединить его с переменным резистором на 100 Ом. При проверке работоспособности лучше всего использовать изношенный или ненужный лазерный диод. Показатель мощности тока остается таким же, как и на предыдущей схеме.

Подобрав наиболее подходящий метод, можно модернизировать его, если у вас есть необходимые для этого навыки. Лазерный диод нужно размещать на миниатюрном радиаторе, чтобы он не перегревался при повышении напряжения. По завершении сборки системы питания нужно позаботиться об установке оптического стекла.

Размещение оптики

Для создания коллиматора рекомендуется извлечь оптическую линзу из китайской лазерной указки. При этом луч будет иметь диаметр не менее 5 мм, что является слишком высоким показателем. Стоковая линза коллиматора сокращает диаметр луча до 1 мм, но для настройки такого лазера придется потрудиться. Это обусловлено небольшим фокусным расстоянием, что затрудняет регуляцию ширины луча.

Если вам все же удастся настроить стоковую оптику, лазер сможет легко разрезать полиэтиленовые пакеты и моментально лопать воздушные шары. При наведении на древесную поверхность луч прожжет ее, словно паяльник. Главное — не забывать о технике безопасности при использовании.

Маленький лазер, способный прожечь насквозь тонкую пластмассу, взорвать надутый детский шарик, поджечь бумагу и ослепить человека. В свободной продаже. За вменяемые деньги. Войны на улицах? Изготовитель говорит – современное развлечение.

Продукция китайской компании Wicked Lasers лишь на беглый взгляд сходна с популярными сейчас лазерными указками, разве только корпуса тут малость покрупнее.

Однако если с крошечными цилиндриками, выдающими красный лазерный луч, нередко играют дети, то указки от Wicked Lasers — детям не игрушка. Ещё бы, их выходные мощности (в луче) в десятки, а топовых моделей — в сотни раз выше, чем у распространённых недорогих указок.

Тем не менее, в США (для рынка которых Wicked, главным образом, и старается) её карманные лазеры продаются свободно и легально, даром, что относятся к довольно опасному классу IIIB. Да и цены привлекательные. Примерно от $100 до нескольких тысяч. Много? Сначала посмотрите, что предлагает изготовитель.

Одной мощностью достоинства лазеров Wicked не исчерпываются. Эта компания поразила рынок тем, что первой выдала в продажу действительно карманные (помещаются на ладони) лазеры с лучами синего и зелёного цветов.

Лучи эти, к слову, видны даже сбоку (конечно, не в вакууме), в отличие от недорогих «красных» указок, которые себя обнаруживают лишь по яркому пятнышку на цели.

Мощность луча топ-модели синего лазера составляет 40 милливатт, а линейку зелёных карманных лазеров компании (серия Spyder) венчает версия за $2 тысячи (в цену входят прилагаемые защитные очки) со средней выходной мощностью в луче 0,3 ватта и пиковой — в 0,45 ватта!

И самое поразительное — всё это — в небольшом цилиндрическом корпусе диаметром всего 20 миллиметров и длиной 198 миллиметров (техники, оцените: никаких внешних блоков питания и тяжёлых систем охлаждения).

Компания говорит, что это — самый мощный карманный лазер, доступный на потребительском рынке.

Внутри корпуса, помимо, собственно, лазера, помещаются две батарейки типа CR-123A, от которых этот лазер и питается. Добавим, расхождение его луча составляет менее 1,2 миллирадиан.

Что можно сделать таким лазером? Например, за секунду-две экспозиции прожечь надутый шарик тёмного цвета, так чтобы он эффектно лопнул; за несколько секунд — перерезать чёрную изоленту или зажечь спичку. Можно постараться и поджечь бумагу.

Со всеми упомянутыми задачами, кстати, справляются даже «средние» модели компании с мощностью луча в 75-125 милливатт (а они стоят ощутимо меньше самой мощной модели). Разве только время удержания луча на месте будет уже секунд 5-10.

К слову, жёсткого крепления в таких опытах по поджиганию не требуется: точности направления луча достаточно той, что можно обеспечить руками.

Разумеется, смотреть на такой лазер нельзя. В общем-то, даже маленькие красные лазеры со слабым лучом (как правило, от 0,5 до 1-2, и реже – до 5 милливатт, что массово продаются в наших магазинах), опасны при прямом попадании в глаза.

Дело тут не столько в мощности, сколько в маленьком диаметре луча, который бесповоротно повреждает отдельные клетки сетчатки. Что уж говорить о зелёном лазере с выходом в 300 милливатт (правда, его луч имеет чуть больший диаметр, чем у маленьких моделей)?

Кстати, «классические» красные лазерные указки также есть в программе фирмы, и самая мощная из них тоже внушает – 100 милливатт на выходе.

Но что будет, если такой мощный луч направить на кожу? «Если не останавливать его надолго в одной точке — ровным счётом ничего не случится», – успокаивает Wicked Lasers. И на том спасибо.

Компания считает свои изделия серии Spyder настоящим техническим прорывом в данной области и, наверное, справедливо. Потому давайте знакомиться с их устройством.

Первичный источник света здесь — одноваттный (в топовой модели) инфракрасный лазерный диод с непрерывным излучением. Заметьте – это один ватт на выходе. В виде излучения.

Генерируемый диодом луч с длиной волны 808 нанометров проходит через линзу и попадает в кристалл из оксидов неодима, иттрия и ванадия, где преобразуется в излучение с длиной волны 1064 нанометра.

Далее идёт некий кристалл калий-титаново-фосфорный, который преобразует это инфракрасное излучение в видимый лазерный луч с длиной волны 532 нанометра.

Затем ещё лазер проходит инфракрасный фильтр и выходную линзу и вот, пожалуйста, «меч джедая» готов. Почти настоящий, несмертельный, но и небезопасный.

Интересно, что китайская фирма вовсе не считает развлечения единственной сферой применения своей продукции. Она заявляет широчайший диапазон применений: от военной сферы до медицины и научных исследований.

И напоследок. Продавцы лазерных указок любят приводить в рекламе их «дальнобойность».

Что понимать под дальнобойностью в случае лазерного луча, который очень мало расходится — дело туманное. Может быть расстояние, на котором можно заметить простым глазом пятнышко на цели (при низком окружающем освещении)?

Так или иначе, но для своей «зелёной супермодели» с мощностью в луче 0,3 ватта компания из Шанхая приводит «дальность действия» в 193 километра!

Вполне, наверное, можно подсветить спутник на низкой орбите. Если попадёшь.

Промышленные технологии не перестают поражать воображение даже видавших виды специалистов, а самодеятельных мастеров, и подавно. А ведь, действительно, кто бы отказался от домашнего настольного мини-пресса для литья изделий из металла, высокоточных мини-резаков на основе лазерных технологий или настольной мини-лаборатории для приготовления высокооктанового бензина из использованной жевательной резинки. Не все и не всегда реализуемо, но, изучая технологии, умелыми руками можно достичь определенных результатов. Но сегодня мы поговорим о лазерной обработке металлов резанием.

Содержание:

Технология резки металла лазером

Лазерная резка металлов — это одна из самых передовых и дорогостоящих технологий, какие только существуют для обработки металлов. Применив лазер для резки металла своими руками можно получить невиданные, фантастические результаты, недоступные, или почти недоступные, ни одним другим видам обработки металла. Совершенно неограниченные возможности лазера обусловлены тем, что его луч практически не знает границ и способен передавать в любом материале практически любую задумку, которую только можно себе представить.

Технология обработки металлов лазером основана на характеристиках лазернoго луча, а это:

1. Четкая направленность.
2. Монoхроматичность.
3. Кoгерентность.
4. Мощность.

За счет того, что лазерный луч, в отличие от света, имеет идеальную направленность, его энергия способна фокусироваться с минимальными потерями в определенной точке. По способности к точной фокусировки лазерный луч в десятки тысяч раз выигрывает у самого мощного светового прожектора.

А ведь учитывая тот факт, что и световой луч несет определенную энергию, ощутимую физически, можно только представить какой энергией обладает лазерный луч, собрав всю ее в одну точку и приложив к маленькому участку плоскости.

Лазерный луч имеет еще одно очень важное отличие от луча света — монохроматичность. Это значит, что с точки зрения оптической физики, лазер имеет строго определенную и жестко фиксированную длину волны и такую же постоянную частоту. Поэтому сфокусировать его не предоставит труда даже обычным оптическим линзам. Когерентность лазера — соглaсованное протекание во времени нескольких волновых процессов, имеет высокий уровень, а это говорит о том, что резонансные колебания лазерного луча могут усилить его энергию в несколько раз.

Благодаря этим свойствам, лaзерный луч может быть сфокусирован на минимально возможной площади материала, создавая при этом высочайшую плотность энергии. Такой энергии, как выяснилось, достаточно для прожига или разрушения металла или другого материала на микроскопическом участке плоскости, вплоть до плавления любого материала, который способен плавиться.

Станок для резки металла лазером

На самом деле, не так все просто, как в теории, поскольку существуют некоторые физические силы, которые могут ослабить энергию лазерного луча, к тому же у каждого из материалов существуют свои собственные свойства по поглощению излучения и его отражающим способностям. Каждый металл может по-разному распространять поглощенную энергию в силу индивидуальных свойств по теплопроводности.

Если учесть все эти нюансы и настроить лазерный луч таким образом, чтобы область облучения металла лазером расплавилась как минимум, только в этом случае можно говорить об обработке металла резанием при помощи энергии лазерного луча. В процессе обработки металл подвергается двум фазам воздействия:

Поэтому для металлoв разной толщины и разной структуры могут быть применены разные способы обработки. Один металл на определенном станке может просто плавиться, и этого будет достаточно, чтобы отделить одну часть заготовки от другой, а другому металлу будет необходимо выпаривание, то есть закипание и только потом он уже сможет испаряться. Обработка металла испарением практикуется крайне редко, поскольку для этого необходимы колоссальные затраты энергии. Практически же все станки по обработке металла выполняют ее по технoлогии плавления.

Именно для этих целей, сокращения используемой энергии, в станке по лазерной обработке металлов применяется катализирующий газ. Он также помогает увеличить толщину обрабатываемого металла. Для работы с металлом при помощи лазера практически во всех станках используется один из этих элементов:

Это уже будет газолазерный станок по обработке металлов.

Функции газа в станке

В условиях атмосферы применение такого станка без газа фактически сводит к нулю всю его энергию, о чем мы говорили выше, поэтому использование газа, как вспомогательного вещества, существенно ускоряет процесс резки и делает применение станка для резки металла лазером еще более универсальным. Обычный кислород при обработке металла может выполнять ряд важнейших функций:
на начальном этапе резки он окисляет металл, что снижает его отражающие свойства;
кислород поддерживает горение металла под воздействием мощного лазерного луча, а дополнительное тепло усиливает действие луча, повышая скорость резки металла лазером;
при помощи кислорода под давлением снимается и удаляется из области обработки остатки материала и продукт его горения, что облегчает доступ газа к новой области обработки.

Схема и виды ручного лазера для резки металла

Любые лазеры для резки металла будут выполнены из таких главных узлов:

1. Источника энергии.
2. Рабочего органа, излучающего энергию.
3. Оптоусилитель, системы зеркал, оптоволоконный лазер, которые повышают и усиливают излучение рабочего органа.

В промышленности применяются два вида лазерных головок — твердотельная и газовая, которые могут быть нескольких видов. Рабочий орган, излучатель энергии размещен в энергоосветительных камерах, где активным телом может быть рубиновый прут, неодимовые пластины или алюмоиттриевые гранаты, легированные иттрием. В результате большого числа отражений луча, проходит накачка лазера энергией и луч вырывается через полупрозрачное стекло.

Обычный лазер резки металла цена которого доступна для крупного предприятия, может иметь мощность в пределах 5 кВт. В таких небольших лазерных станках применяются системы с продольной прокачкой газа, где газ или смесь газов пропускается под давлением через электрогазоразрядную головку, в которую подается электричество для энергетического возбуждения газа.

Таким образом работает простой газолазерный станок для резки металлов, с помощью которого может выполняться практически любая работа по обработке металла резанием.