Самодельный лазер: чертежи, вопросы, решения

Есть вопрос? Задайте его тут. Пожалуйста, придерживайтесь правила: один вопрос - одна тема.
Аватара пользователя
Автор темы
Денис#

Самодельный лазер: чертежи, вопросы, решения

Сообщение #1 Денис# » 24 янв 2016, 01:46

Всем доброго здравия!
Тема наверно немного может показаться немного бредовой, но я твердо уверен в том что если одна часть человечества что то создала, то другой и повторить не грех :)

Натолкнулся я в сети на гуляющие чертежи 50Вт-ного СО2 лазера. С виду всё довольно реально, стеклянные трубочки, штуцерочки, токарные работы... Судя по всему должны быть зеркала, видимо зеркала с селенидом цинка придется прикупить ну да это следующий вопрос.
Вопросы насущные к людям понимающим в этой теме:
1 Гляньте пожалуйста эти чертежи и подскажите пожалуйста тонкие места в этой установке.
2 трубки из кварцевого стекла, те что я в продаже вижу по 500 руб/м.п. или там какой нить сферический конь в вакууме должен на просвет виднеться в этих трубках?
3 это как я понимаю не совсем готовая установка? как мне понимается ещё как то луч фокусировать нужно на заготовке?
4 понятно что дальше луч на ЧПУ передавать надо, с помощью зеркал? тонкости, сложности?
5 луч фокусируем один раз перед заготовкой, или перед зеркалами его тоже предварительно фокусируют?
6 как теоретически увеличить мощность? увеличив длину трубки? Как я понимаю для этого нужно некоторое кол-во трубок закрепить параллельно и преломлять луч между ними с помощью зеркал?
7 если в качестве бюджетного варианта попробовать напылить золотом готовые зеркала? не с куска же его вышлифовавать :) или золото тут не лучший вариант?

Отправлено спустя 4 минуты 4 секунды:
брошюрку сюда положил: viewtopic.php?t=585


Добавил когда тема дошла до 11 страницы:
Всем вновь прибывшим участникам дискуссии хочу заметить, что где находится Китай автор этой темы в курсе, равно как и не сомневается в том что затея априори сложная. Автор темы так же отдает себе отчет в том что бесплатно это всё получиться не может, всё будет стоить денег и времени. Скорее всего много денег и много времени. Посему все комментарии подобного толка "нафиг делать это сложно/невозможно/у тебя не получится", "да в Китае на эти деньги ты их 10 купишь", "вот немцы молодцы, тебе их никогда не догнать" и пр. я буду молча сворачивать в свитки. Эти сообщения можно будет прочитать тыцнув мышем на кнопочку "Показать".
За исключением!!! А именно: думаю многие с удовольствием посмотрят ссылки на комплектующие на том же ebay. Не на готовые станки, а например на оптику с селенидом цинка, и пр.
Заниматься стОит только тем, что считается невозможным.

Аватара пользователя
nikirk2

Самодельный лазер: чертежи, вопросы, решения

Сообщение #2 nikirk2 » 24 янв 2016, 02:18

Если позволите. Высказать мнение инженера исследователя института лазерной физики, собравшего е один и не пять лазеров СО2, от долей ватта до трех киловатт. Та статья о сборке модели, только модели лазера. К стати, не долго работающего лазера. Все что вы перечислили в вопросах верно, не сложно решаемо. Лазер можно собрать дома на кухне. И он будет работать. Если не секрет, расскажите задачи под мечту о лазере. Может что и посоветовать можно будет.

Аватара пользователя
Автор темы
Денис#

Самодельный лазер: чертежи, вопросы, решения

Сообщение #3 Денис# » 24 янв 2016, 03:10

nikirk2 писал(а):Источник цитаты Если позволите


Ждал! :)

nikirk2 писал(а):Источник цитаты Та статья о сборке модели, только модели лазера.


Вот только сейчас подумал что ведь ещё помимо фокусировки ещё и продувку газами организовать надобно...

nikirk2 писал(а):Источник цитаты Если не секрет, расскажите задачи под мечту о лазере. Может что и посоветовать можно будет.


Если глобально, то ещё в старших классах школы я начал понимать что основа бизнеса это всё-таки производство. Ибо пока кто то не произведет торгашам делать нечего. Далее стало понятно Что заниматься при этом нужно либо разработкой и производством оборудования, либо добычей сырья. С сырьем у нас успешно справляется гос-во и более значимые чатлане, значит мне собственно выбора остаётся не сильно много :) Т.е. производство оборудования.

Если локально, то сейчас есть задачи резать дюраль и сталь до 2мм. Это в первую очередь. Далее посмотрим что там ещё режет 1085 Нм и подумаем как с этим жить :)
Я слышал что 1085Нм от дюрали любит в отраженку уходить, но мне режут. Однако режут Трумфом 2кВт :) посему и возникает вопрос какая мощность требуется для резки тонколистового металла, пока допустим до 2мм. Как я понимаю минималка 400-500 Вт, желательно 1 кВт. Вот отсюда и пляшем, если реально 3 кВт, то обсуждаем и их, очень интересно!

Что бы собрать киловатник как я понимаю придется с бубном потанцевать, посему и начал смотреть с простейшего. Ну и понимание надо как это масштабируется и чем грозит. Мне кажется что вполне реально удлинить трубку и зеркалами отюстировать луч. Да не просто, но было бы просто не было б вопросов :)

Ну и вообще нужно объяснение "для чайников" как это работает. Можно не углубляться в структуру генерации луча и отличие в генерации различной длинны волны, по крайней мере пока, однако пояснения что для чего очень желательны. Т.е. трубка нужна такая, а не такая, используется там то, можно применить ещё такую, но потеряем в том то. И так по каждому компоненту и его инсталяции. Понимаю что букФ будет много, но если Вы, равно как и другие опытные форумчане подключатся к теме, то может получиться интересный учебник!

nikirk2 писал(а):Источник цитаты мнение инженера исследователя института лазерной физики, собравшего е один и не пять лазеров СО2, от долей ватта до трех киловатт.


nikirk2 писал(а):Источник цитаты Все что вы перечислили в вопросах верно, не сложно решаемо. Лазер можно собрать дома на кухне. И он будет работать.


Обсудим? Расскажете? Попробуем?
Заниматься стОит только тем, что считается невозможным.

Аватара пользователя
neon

Самодельный лазер: чертежи, вопросы, решения

Сообщение #4 neon » 24 янв 2016, 03:44

аналогично можете и ко мне обращаться по некоторым вопросам, я тоже занимаюсь разработкой газовых лазеров. Участвовал в разработке достаточно мощных моделей, до 4 кВт. Как и было сказано, описанный лазер не сможет долго проработать в отпаянном режиме по известным причинам.

Кратко по вопросам, если решили именно делать, а не приобрести готовый, который вам обойдётся дешевле в несколько раз и может отслужить не одну тысячу часов (очень хорошие отпаянные лазеры от Reci). Сразу определитесь с этим, т. к. нюансов очень много, а помощников будет очень мало. Самое сложное и актуальное — обеспечить длительную работу лазера в отпаянном режиме, когда нет необходимости в прокачке газовой смеси и т. д. Даже далеко не все китайцы это освоили и не стоит обольщаться кажущейся простотой.

1. Я считаю что это выбор резонатора с подбором готовых зеркал, узлов юстировки и газовое оборудование (вакуумный насос, баллон с газовой смесью и т. д.) Учитывая высокую стоимость изготовления зеркал под заказ, я считаю, необходимо лазер делать на основе готовых зеркал, а не наоборот. Так будет дешевле.
2. Никаких кварцевых трубок! Они для гелия словно сито для воды. Оптимально использовать боросиликатные или керамические вакуумплотные трубки.
3. Фокусирующая оптика не сложный компонент, можно пока на этом не заострять внимание.
4. В основном применяют летающую оптику. Сложность в жесткости конструкции и юстировке. Можно неподвижно закрепить лазер и двигать стол или разместить лазер на портале, если он большой. Тогда необходимость в летающей оптике отпадает. Я сталкивался с вариантом доставки излучения по оптическому волокну, но мощность там была 40 Вт и стоил световод как весь станок вместе с лазером. В некоторых случаях это безальтернативный вариант (медицина и т. д.)
4. Фокусируют непосредственно перед обрабатываемым материалом. Если толщина одинаковая и не плавает, то проблем нет, но на практике так бывает очень редко и необходима автоматическая фокусировка.
6. Достаточно обширный вопрос со множеством тонких мест, особенно при диффузионном охлаждении. Китайцы просто увеличивают длину и делают тандем, но даже при 160-180 Вт этот лазер представляет из себя монстра, длиной 180-200 мм из двух независимых газоразрядных трубок, но с общим резонатором. Их практически не поставляют в Россию, т. к. очень хрупкие и если даже заполучите его, он может быстро выйти из строя от небрежной эксплуатации или из-за низкого качества, что часто бывает. Китайские стеклянные лазеры это игра в рулетку (за исключением фирмы, которую я указал, по другим не могу поручиться). В таких лазерах возникает известный парадокс (мало кто вообще про него знает), связанный с особенностью охлаждения. В теории мощность лазерного излучения зависит от газоразрядного объёма и казалось бы увеличивая диаметр трубки максимальная мощность излучения должна возрастать, но это не так. Удельную мощность при заданной длине можно увеличить хорошо охлаждая лазер, вплоть до отрицательных температур, но там свои нюансы и сложности (обдув оптики и т. д.) и температуру стараются держать не ниже точки росы. Другие параметры влияющие на мощность (давление и т. д.) пока не рассматриваем, т. к. есть определённая удельная мощность и её не так просто превысить. Это в общем. Возбуждение лазера не трогаем и считаем, что это будет лазер с продольным тлеющим разрядом постоянного тока (высокое напряжение), без газовой прокачки.
7. Дешевле зеркала купить готовые, чем напылять. При такой мощности используют металлические зеркала на кремниевой подложке. Напыление золотое или медной с защитным покрытием. Есть и другие варианты, но они реже встречаются. Полупрозрачное зеркало дешевле из селенида цинка использовать. Из германия дороже выйдет в несколько раз.

Некоторые дополнения. При выходной мощности 50 Вт, учитывая КПД лазера 10-12 %, в лучшем случае, высоковольтный блок питания должен быть мощностью не менее 500 Вт. До увеличения времени работы в отпаянном режиме пока ещё не дошли, ибо там свои варианты и особенности. Обычно делают лазер с запасом газа (лазеры с тремя трубками) и/или применяют различные способы регенерации газовой смеси (диссоциация до СО и O2), в лучшем случае.

Денис# писал(а):Источник цитаты ещё и продувку газами организовать надобно...

если без регенерации, то только медленную прокачку, но там расход очень маленький, т. к. в таком лазере (малая мощность и т. д.) диссоциация газа идёт очень медленно или перезаправлять через определённое время, когда выходная мощность начнёт падать.

Денис# писал(а):Источник цитаты Если локально, то сейчас есть задачи резать дюраль и сталь до 2мм.

про дюралюминий можете забыть при такой длине волны, т. к. если использовать чисто CO2, то мощность должна быть очень большая. При этом используют комбинацию лазеров (очень редко) или лазеры с гораздо меньшей длиной волны. С приемлемой скоростью сталь 2 мм это примерно 200 Вт с кислородом (чистота от 99,7%) или не меньше 700 Вт без кислорода. С газом резать сложнее и дороже, но иногда без этого никак (защитный газ и т. д.) 50-100 Вт в основном это резка фанеры. дерева, пластмасс, фольги, гравировка и т. п. Плазменная резка для 2 мм стали гораздо дешевле выйдет, но ширина реза больше (относительно).

Денис# писал(а):Источник цитаты Я слышал что 1085Нм от дюрали любит в отраженку уходить, но мне режут.

в CO2 лазере 10600 нм, это совсем другие вещи, а делать твердотельный лазер та ещё история. Я только их изучаю (в курсе последний разработок), но не связываюсь с изготовлением. Другие в домашних/гаражных условиях практически не реально освоить.
«То, что я понял, — прекрасно, из этого я заключаю, что остальное, что я не понял, — тоже прекрасно». Сократ.

Аватара пользователя
nikirk2

Самодельный лазер: чертежи, вопросы, решения

Сообщение #5 nikirk2 » 24 янв 2016, 04:00

Да без проблем ! Но есть и подводные камни и камей тех не мало. Для начала разочарую с резкой и раскроем дюрали и алюминия. Для СО2 медь, медные сплавы, алюминий, алюминиевые сплавы, являются зеркалом. Но, резать можно, хотя и сложно. Есть законы физики, вокруг них все и крутится. Лазер, лазеру рознь. И дело не в длинне волны излучения, дело в чистоте излучения. Это два термина, многомодовость и одномодовость. Если конечно можно так выразится (да не побьют меня мои коллеги за жаргон). При работе лазера на одной частоте, при довольно жестких условиях настройки резонатора(все что входит в расстояние между зеркалами, так же как и то на чем эти зеркала крепятся - называется резонатором). Можно получить одномодовый (одночастотный) режим. Все излучение такого лазера монохроматично (одночастотно) и излучение лазера можно сфокусировать практически в дифракционный предел, для СО2 лазера с длинной волны 10,6 микрона, это пятнышко диаметром 0,011мм. Вмя мощность излучателя прикладывается на такую площадь, температура в пятне контакта - десятки тысяч градусов. Нет материала, способного выдержать такие температуры, если не плавиться то испаряется. В помощь излучению подают газы окислители и газы эвакуаторы. Частенько эти функции объединяет один газ, еще чаще газ един в трех лицах. Он защищает линзу фокусировки от попадания на нее продуктов раскроя, является окислителем материала раскроя, и газом эвакуатором продуктов раскроя из линии раскроя. Алюминий при резке, возвращает часть излучения зеркалам транспортировки луча лазера и резонатору, за счет своей высокой отражающей способности. А газ, обычно чистый кислород, окисляет расплавленный металл до окиси и в виде порошка выдувает его из щели. Но даже при этом потребна не малая мощность излучения, уж слишком велика теплопроводность материала. Трумпф одномодовый лазер с импульсным режимом работы. Здесь есть еще одно пояснение по различию в режимах работы, непрерывном и импульсном. Но, чуть позже.

Аватара пользователя
Автор темы
Денис#

Самодельный лазер: чертежи, вопросы, решения

Сообщение #6 Денис# » 24 янв 2016, 04:15

► Показать
Заниматься стОит только тем, что считается невозможным.

Аватара пользователя
neon

Самодельный лазер: чертежи, вопросы, решения

Сообщение #7 neon » 24 янв 2016, 04:18

Денис# писал(а):Источник цитаты Вот отсюда и пляшем, если реально 3 кВт, то обсуждаем и их, очень интересно!

это примерно рассуждения такого порядка, не подойдёт коловорот, не проблема, сделаем прецизионный фрезерный станок с ЧПУ и высокоскоростной обработкой. Вы даже на источнике питания встанете, т. к. это почти 30 кВт только в накачку пойдёт, потом вам надо отвести очень быстро 27 кВт тепла (поинтересуйтесь стоимостью чиллеров такой мощности и ваш пыл угаснет, если не полностью, то сильно). Дальше можно не продолжать, ибо отличие от маломощного лазера очень существенные. Про охлаждение в первом моём сообщении я забыл написать, но на это надо уделить достаточно много внимания (выбор охладителя, охлаждающий жидкости и т. д.)

Денис# писал(а):Источник цитаты Ну и понимание надо как это масштабируется и чем грозит. Мне кажется что вполне реально удлинить трубку и зеркалами отюстировать луч.

делают так и я видел варианты с длиной свыше десятка метров, но мощность там возрастает сильно непропорционально и даже при большой длине он не сильно большой мощности. Всякие быстрые прокачки, ВЧ-накачки, щелевые варианты и т. д. ой как не просто и с увеличением мощности проблемы возрастают в геометрической прогрессии. Не даром китайцы в основном освоили варианты до 120 Вт или тандемы, но про них я писал. С некоторыми российскими производителями/разработчиками я контактирую и знаю сложности и реальную стоимость.

Денис# писал(а):Источник цитаты Понимаю что букФ будет много, но если Вы, равно как и другие опытные форумчане подключатся к теме, то может получиться интересный учебник!

информации в сети по построению лазеров до 50-60 Вт в сети хватает и получится не учебник, а лишь его жалкое подобие.

nikirk2 писал(а):Источник цитаты Это два термина, многомодовость и одномодовость.

будем считать (стремиться), что лазер излучает в основном на TEM00. Потребляемая мощность возрастёт (КПД ниже), но понимание проще, особенно до 500-1000 Вт.

Вообще я считаю следует начать с чтения простой для понимания литературы (её хватает), где есть ответы на большинство вопросов. Заниматься пересказыванием лишь потеря времени всеми участниками дискуссии. Некоторые вещи не пишу, ибо коллега так сказать, с его позволения, дополнит меня и наоборот.
«То, что я понял, — прекрасно, из этого я заключаю, что остальное, что я не понял, — тоже прекрасно». Сократ.

Аватара пользователя
Автор темы
Денис#

Самодельный лазер: чертежи, вопросы, решения

Сообщение #8 Денис# » 24 янв 2016, 05:11

neon писал(а):Источник цитаты аналогично можете и ко мне обращаться по некоторым вопросам, я тоже занимаюсь разработкой газовых лазеров.


Отлично, хоть Вы и пессимистичней настроены :)
Изучаю Ваши сообщения.
Если вкратце то я догадываюсь (только догадываюсь) что всё не просто, однако пусть это будет любопытство.

Ваше мнение: 1 кВт это реальность?
Заниматься стОит только тем, что считается невозможным.

Аватара пользователя
neon

Самодельный лазер: чертежи, вопросы, решения

Сообщение #9 neon » 24 янв 2016, 05:19

Денис# писал(а):Источник цитаты Ваше мнение: 1 кВт это реальность?

реальность, при достаточно больших затратах, если мы хотим получить лазер для получения прибыли, а не лабораторный образец для разовых опытов. При этом лазер на 100 Вт будет более чем на порядок изготовить проще, чем на 1 кВт. Это 99 % ВЧ-накачка. Варианты с поперечной накачкой на постоянном токе можете посмотреть, например, «Хебр», он как раз на 1 кВт: http://zavodfoto.livejournal.com/1602914.html Понятное дело, это монстр, но тогда это был передовой лазер. А по ВЧ. Посмотрите на стоимость генераторов 13,56 мГц на 10 кВт (не меньше) и устройства согласования аналогичной мощности, если щелевой без прокачки, то на 81,36 МГц. В первом случае это уже стоимость хорошей иномарки, а во втором ещё со всеми мыслимыми опциями, включая подогрев пупка. Чиллер на 10 кВт (минимум) посмотрите, а без него хорошей стабильности будет сложно добиться. При этом сам лазер даже не затронули.
«То, что я понял, — прекрасно, из этого я заключаю, что остальное, что я не понял, — тоже прекрасно». Сократ.

Аватара пользователя
Автор темы
Денис#

Самодельный лазер: чертежи, вопросы, решения

Сообщение #10 Денис# » 24 янв 2016, 05:34

neon писал(а):Источник цитаты В основном применяют летающую оптику. Сложность в жесткости конструкции и юстировке.


Какие допуски? Как я понимаю жесткость стола должна быть довольно высокой, дабы держать динамику портала?
Тут может получиться в стол упереться не меньше чем в лазер. Какого класса направляющие подойдут? как я понимаю про С7 можно не мечтать?

neon писал(а):Источник цитаты Я считаю что это выбор резонатора с подбором готовых зеркал, узлов юстировки и газовое оборудование (вакуумный насос, баллон с газовой смесью и т. д.) Учитывая высокую стоимость изготовления зеркал под заказ, я считаю, необходимо лазер делать на основе готовых зеркал, а не наоборот. Так будет дешевле.


Скорее всего. Помнится рассматривал мельком ссылки на зеркала (не брендовые) вполне доступными показались по цене.

neon писал(а):Источник цитаты необходима автоматическая фокусировка.


тоже заковыка будет судя по всему... Как устроен этот узел, как реализовать эту функцию?

neon писал(а):Источник цитаты если без регенерации, то только медленную прокачку, но там расход очень маленький, т. к. в таком лазере (малая мощность и т. д.) диссоциация газа идёт очень медленно или перезаправлять через определённое время, когда выходная мощность начнёт падать.



В данном случае я имел ввиду продувку зоны резания. Ваш ответ понял, спасибо!

neon писал(а):Источник цитаты про дюралюминий можете забыть при такой длине волны, т. к. если использовать чисто CO2, то мощность должна быть очень большая. При этом используют комбинацию лазеров (очень редко) или лазеры с гораздо меньшей длиной волны. С приемлемой скоростью сталь 2 мм это примерно 200 Вт с кислородом (чистота от 99,7%) или не меньше 700 Вт без кислорода. С газом резать сложнее и дороже, но иногда без этого никак (защитный газ и т. д.) 50-100 Вт в основном это резка фанеры. дерева, пластмасс, фольги, гравировка и т. п. Плазменная резка для 2 мм стали гораздо дешевле выйдет, но ширина реза больше (относительно).


Так же благодарю за разъяснения! Плазменную резку так же в голове держу, однако как я понимаю качество реза ниже, термическое воздействие на материал выше, точность 0,2-0,3 это практически предел, реально 0,5 и т.д. В моем понимании это более грубая технология.

Отправлено спустя 10 минут 41 секунду:
neon писал(а):Источник цитаты это примерно рассуждения такого порядка, не подойдёт коловорот, не проблема, сделаем прецизионный фрезерный станок с ЧПУ и высокоскоростной обработкой.


Согласен. грубовато получилось, про сложности слышал краем уха, однако если упоминается что это реально, то нужно по крайней мере дослушать варианты. А уж если и возможность попробовать будет, то стоит её использовать как мне кажется.

neon писал(а):Источник цитаты поинтересуйтесь стоимостью чиллеров такой мощности


чиллер как я понимаю это холодильник. Не раз слышал про то что как раз их преспокойно (пританцовывая с парочкой бубнов) народ изготавливает сам. Понимаю что вопросов будет предостаточно и времени на это уйдет прилично, но тем не менее. Купить никогда не поздно, только цель не в этом.

neon писал(а):Источник цитаты информации в сети по построению лазеров до 50-60 Вт в сети хватает и получится не учебник, а лишь его жалкое подобие.


Ну тут все от нас, а точнее от Вас с nikirk2, будет зависеть. Ну и от позжеподключившихся :)

neon писал(а):Источник цитаты Вообще я считаю следует начать с чтения простой для понимания литературы (её хватает), где есть ответы на большинство вопросов.


Ссылочкой снабдите? если есть что то на русском то вообще великолепно :) Это так сказать ускорит мое понимание предмета (надеюсь) :)
Заниматься стОит только тем, что считается невозможным.


Вернуться в «Вопрос - ответ»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 0 гостей