Андрей Смирнов
Время чтения: ~13 мин.
Просмотров: 6

Как сделать лазер своими руками в домашних условиях: советы

Как происходит процесс лазерной резки металла?

Лазерная резка металла своими руками едва ли может быть осуществлена идеально, поскольку подходящий станок собрать очень и очень трудно. Для лазерной резки используется технологическое оборудование на основе газовых, волоконных либо твердотельных лазеров. Техника может работать как в непрерывном, так и в импульсно-периодическом режиме.

Листовые металлы буквально прожигаются в нужных местах ― именно так воздействует на них аппарат лазерной резки металла. Цена такого оборудования, к сожалению, пока еще не позволяет сделать подобные аппараты настолько распространенными, как, например, те же гильотины для резки металла.

Как собрать станок для лазерной резки металла самостоятельно

Умельцы изготавливают лазерные резаки своими руками из-за их высокой стоимости. В быту можно создать только твердотельный резак, обладающий мощностью, позволяющей врезаться в металл всего на 1-3 см. Этого достаточно для изготовления декоративных элементов. Лазер работает за счет кристаллов, используемых в светодиодном оборудовании, и специальных стекол.

Необходимые материалы

Главный элемент – лазер пишущего дисковода для компьютера, обладающего высокой скоростью записи (чем она выше, тем больше мощность). Кроме него требуется:

  • фонарик на батарейках;
  • лазерная указка;
  • паяльник;
  • слесарные инструменты.

Если нужен более мощный инструмент, потребуются дополнительные элементы для изготовления драйвера:

  • резисторы 2-5 Ом;
  • два конденсатора (емкость 100 пФ и 100 мФ);
  • коллиматор (сборщик лучей света в пучок);
  • светодиодный фонарик (корпус должен быть металлический);
  • мультиметр.

Если нет драйвера между батареями и лампочкой, она может сгореть.

Еще большую мощность можно получить, если использовать приобретенный в магазине лазерный диод на 60 Вт.

Такой станок лазерной резки металла своими руками лучше всего установить на раму, для контроля использовать компьютер, оснащенный специальной программой. Поэтому кроме лазера потребуется:

  • корпус, вмещающий все элементы;
  • шаговые электромоторы (из DVD-плееров или принтеров);
  • платы и транзисторы, управляющие электромоторами;
  • регулятор, контролирующий напряжение на излучателе;
  • зубчатые ремни и шкивы для них;
  • листовая сталь для изготовления кронштейнов;
  • шарикоподшипники, стяжки, гайки, болты, винты, хомуты;
  • выключатели кольцевые;
  • контроллер и USB-кабель, соединяющий его с компьютером, и плата с дисплеем;
  • система охлаждения;
  • доски и стержни из металла.

Из досок изготавливается рама, металлические стержни выполняют роль направляющих.

Процесс изготовления

Первый шаг – разборка дисковода, чтобы извлечь из него лампочку. Она установлена в каретке и укреплена. Крепления распаиваются паяльником. Во время работы не следует подвергать лампочку сильным механическим воздействиям, способным повредить ее.

Перед сборкой резака необходимо определиться, от чего он будет питаться, куда вмонтировать диод и как распределить токи.

Нужно осторожно разобрать указку и заменить диод лампочкой, извлеченной из дисковода. Для крепления лучше всего использовать клей

Важно, чтобы глазок лампочки расположился по центру отверстия

Мощности указки для резака недостаточно, ее повышают при помощи батареек для фонарика. Для этого нижняя часть фонарика совмещается с частью указки, в которой размещена лампочка из дисковода. Из фонарика удаляется стекло, лампочка подключается, соблюдая полярность.

При повышении мощности драйвером нужно накрутить вокруг лампочки проволоку из алюминия, убирающую статичность, и вмонтировать ее в коллиматор. При изготовлении лазера для резки металла своими руками элементы резистора присоединяются к батарейкам по последовательной схеме. Требуется точность при определении полярности. Для изменения силы тока к диоду подключается мультиметр, позволяющий регулировать показатель в пределах 300 мА до 500 мА.

Корпусом устройства для ручной лазерной резки металла по-прежнему может служить металлический фонарик.

Для самого мощного варианта после монтажа корпуса из досок устанавливаются стержни. Предварительно их шлифуют и смазывают составом, содержащим литий.

Для монтажа пошаговых электромоторов требуются кронштейны из листовой стали, согнутой под прямым углом. Требуются 6 отверстий для крепления саморезами листа и двигателя. Кронштейны нужно сделать и для крепления привода, созданного из двух шкивов. Только листы нужно согнуть в форме буквы П. Так же необходимы отверстия для крепления профиля и выхода вала, на который потом насаживаются шкивы для ремней. Ремни с основанием соединяются при помощи саморезов.

Чтобы резак работал автоматически, нужна специальная программа, которую можно скачать и установить на компьютер бесплатно.

Другие особенности лазерной резки

Одним из так называемых «минусов» лазерной резки можно назвать малую её доступность. Лазерная резка металла своими руками, происходящая в каком-то небольшом гараже ― это весьма спорная возможность для простого покупателя, который не имеет большой суммы для приобретения лазерного оборудования.

Исходя из фактора высокой стоимости, только при достаточной обоснованности такого шага должна быть выбрана лазерная резка металла (оборудование). Цена ее, однако, хоть и высока, но находится немало предприятий и частных лиц, имеющих финансовые средства для приобретения подобной техники.

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.

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.

Технология лазерной резки металлов

Процедура резки достаточно проста. Лазер – это тонкий луч, который на металлической заготовке образует точку. Металл на этой точке быстро нагревается до температуры плавления и начинает закипать, а затем испаряться. Если режется тонкий металлический элемент, то это происходит именно так. С толстыми деталями немного сложнее, потому что большое количество металла не может испаряться. Поэтому в технологию добавляют газ, который выдувает расплавленный металл из зоны реза. В качестве газа можно использовать кислород, азот, любой инертный газ или обычный воздух.

Виды лазерной резки

В основе технологического процесса лежат несколько элементов, которые и определяют процесс резки металлов лазером. А именно:

  • источник энергии;
  • рабочий элемент, который и образует лазерный поток;
  • блок, в состав которого входят специальные зеркала, такой прибор называется оптический резонатор.

Именно рабочий элемент и создает классификацию лазерных установок, в которых сам режущий инструмент разделяется по мощности.

  1. Мощностью не больше 6 кВт – называются твердотельными.
  2. 6-20 кВт – это газовые.
  3. 20-100 кВт – газодинамические.

К первой позиции относятся технологии, в которых используется твердое тело: рубин или специальное стекло с добавками флюорита кальция. Такие лазеры могут создать мощный импульс буквально за несколько долей секунд, к тому же они работают как в импульсном режиме реза, так и в непрерывном.

Вторая позиция – это лазер на основе газовой смеси, которая нагревается электрическим током. Электроэнергия придает направленному потоку газов монохромность и направленность. В состав смеси входят углекислый газ, азот и гелий.

Третья позиция – это также газовый лазер на основе углекислого газа. Газ нагревают и пропускают через узкий проход, где он остывает и расширяется одновременно. При этом выделяется огромная тепловая энергия, которая и режет металл большой толщины. Точность реза высокая, потому что данный вид лазера обладает большой мощностью. При этом расход энергии луча небольшой.

Режимы резки

Параметров, которые влияют на резку, достаточно много. Это и скорость проводимого процесса, и мощность лазера, его плотность, фокусное расстояние, диаметр луча, состав излучения, вид и марка разрезаемого металла. К примеру, низкоуглеродистые стали режутся быстрее, чем нержавейка, почти на 30%. Если кислород заменить обычным воздухом, то скорость реза снижается почти в два раза. Скорость резки алюминия лазером мощностью 1 кВт составляет в среднем 12 м/с, титана – 9 м/с. Эти показатели соответствуют технологии, в которой применяется кислород.

Выбирая определенный режим резки, необходимо понимать, что от выбранных параметров будет напрямую зависеть и качество реза. Оно характеризуется точностью вырезанной детали, шириною реза, шероховатостью поверхности образованных кромок, их ровностью, наличием на них оплавленного металла (грата), зоной температурного влияния лазера (глубиною). Но, как показывают исследования, на качество больше всего влияет скорость резки и толщина заготовки.

Для примера можно привести показатели качества лазерного процесса, который производился при мощности 1 кВт, с использованием кислорода, газ подавался в зону резки под давлением 0,5 МПа. При этом диаметр сфокусированной точки составлял 0,2 мм.

Толщина заготовки, мм Оптимальная скорость резки, м/с Ширина реза, мм Шероховатость кромок, мкм Неперпендикулярность, мм
1 10-11 0,1-0,15 10-15 0,04-0,06
3 6-7 0,3-0,35 30-35 0,08-0,12
5 3-4 0,4-0,45 40-50 0,1-0,15
10 0,8-1,15 0,6-0,65 70-80

Есть еще один параметр резки металлов при помощи лазера – это точность. Определяется она в процентном соотношении и зависит от качества самого технологического процесса. Требования к данному параметру основываются на толщине разрезаемой детали и на том, для каких нужд данная заготовка будет использована. Что касается толщины, то погрешность может составлять 0,1-0,5 мм, если лазером разрезается металлический профиль толщиною до 10 мм.

6 видов материалов, которые можно резать лазером

Лазерной резке поддаются:

  • Металлы — черная сталь, легированные сплавы и цветные металлы вроде алюминия и меди.
  • Пластик.
  • Стекло.
  • Оргстекло.
  • Сухое дерево и его производные — фанера, ДСП и ДВП.
  • Бумага и картон.

Как видите, ограничений нет — разве что нельзя резать лазером зеркальные материалы. Откуда такая свобода?

При лазерной резке нет механического воздействия

А это значит, что лазером можно спокойно резать хрупкие или мягкие материалы, не боясь их разбить или смять, испортив линию реза. Лазерный луч не может быть «недостаточно остро наточенным», чтобы разрезать их ровно.

А вот пример корпуса производства «Металл‑Кейс»:

На небольшом расстоянии, используемом при резке, луч остается идеально прямым. Вне зависимости от того, скрыты ли в материале изъяны, которые могли бы сбить с курса жесткий резец. Те же сучки в древесине, например.

Как сделать лазерный резак в гараже

Все гениально просто, поэтому для создания такого оборудования, которое способно вырезать красивейшие узоры в прочных сталях, можно сделать из обычных подручных материалов. Для изготовления обязательно потребуется старая лазерная указка. Помимо этого, следует запастись:

  1. Фонариком, работающим на аккумуляторных батарейках.
  2. Старым DVD-ROM, из которого нам потребуется извлечь матрицу с лазерным приводом.
  3. Паяльник и набор отверток для закручивания.

Первым шагом будет являться разборка привода старого дисковода компьютера. Оттуда нам следует извлечь прибор. Будьте аккуратны, чтобы не повредить само устройство. Привод дисковода должен быть пишущим, а не просто читающим, дело в строении матрицы устройства. Сейчас в подробности вдаваться не будем, но просто используйте современные нерабочие модели.

После этого, вам обязательно нужно будет извлечь красненький диод, который прожигает диск во время записи на него информации. Просто взяли паяльник и распаяли крепления этого диода. Только ни в коем случае не бросайте его. Это чувствительный элемент, который при повреждениях может быстро испортиться.

При сборке самого лазерного резака следует учесть следующее:

  1. Куда лучше установить красный диод
  2. Каким образом будут запитываться элементы всей системы
  3. Как будут распределяться потоки электрического тока в детали.

Для этого вам потребуется фонарик и аккумуляторные батарейки, которые запитают лазерный резак. Благодаря фонарику у вас получится удобная и компактная деталь, не занимающая много места в быту. Ключевым моментом оборудования такого корпуса является правильно подобрать полярность. Удаляется защитное стекло с бывшего фонарика, чтобы оно не являлось преградой для направленного луча.

Последующим действием является запитка самого диода. Для этого вам необходимо подключить его к зарядке аккумуляторной батареи, соблюдая полярность. В завершении проконтролировать:

  • Надежность фиксации устройства в зажимах и фиксаторах;
  • Полярность устройства;
  • Направленность луча.

Неточности докрутить, а когда все готово можно поздравить себя с успешной завершенной работой. Резак готов к использованию. Единственное, что нужно помнить — его мощность намного меньше, чем мощность производственного аналога, поэтому слишком толстый металл ему не под силу.

Изучаем азотные лазеры — часть 1. Лазеры поперечного разряда

Наверное, каждый увлекающийся околоэлектронными самоделками задавался вопросом, возможно ли сделать лазер самостоятельно, дома. И наверняка, очень часто натыкался на довольно предсказуемый ответ от старших, что это очень сложно или практически невозможно, дескать, лазерное излучение можно получить только из специальных дорогостоящих кристаллов и стекол, или каких-то ещё неведомых материалов, которые можно достать только в Тёмных Топях или на Заокраинном Западе. На самом деле это не так. Число веществ, в которых возможен лазерный процесс, исчисляются тысячами, и некоторые из них находятся буквально под ногами, и в прямом смысле вокруг нас, повсюду. Так, например, можно с удивлением узнать, что возможно получить лазерную генерацию в водяных парах, в красителях, добытых из фломастеров, в конце концов, в углекислом газе, выдыхаемом многими живыми существами, была получена лазерная генерация мощностью в сотни киловатт. Но, есть ещё одна рабочая среда лазера, которая распространена гораздо больше, чем все остальные вместе взятые. Это азот, которого 78% в атмосферном воздухе.

Лазер для резки металла

Добавив несколько приборов к выше используемым, можно изготовить более мощный прибор, почти в 500 раз мощнее. Добавляются:

  • оптически коллиматор – это устройство, с помощью которого создается световой поток из параллельных пучков;
  • конденсаторы 100пФ и 100мФ;
  • один резистор сопротивлением 2-5 Ом.

Из радиодеталей вместе с диодом собирается драйвер, который будет выводить резак на необходимую мощность. Оптический коллиматор снабжен местом, куда можно установить диод, и это его большое преимущество. То есть, вместо лазерной указки в этой установке используется коллиматор. К тому же указка изготавливается из пластика, и в процессе резки ее корпус будет сильно нагреваться. Это приведет к ее короблению, да и охлаждаться сама установка будет плохо.

Вся остальная сборочная технология точно такая же, как и в предыдущем случае. Необходимо отметить, что диод – элемент очень чувствительный, поэтому необходимо с него перед использованием снять статическое электричество. Это можно сделать с помощью антистатического браслета. Если в наличии браслета нет, то можно на диод намотать тонкую проволочку, которая и будет отводить от детали статику.

Полезные советы

Изготовление лазера своими руками для резки металла требует определенных действий, которые отражаться на его качественной дееспособности. В первую очередь нужно протестировать собранный драйвер. Для этого придется найти еще один точно такой же диод. Его присоединяют к устройству и тестируют мультиметром. 300-350 мА – это норма для многих самодельных аппаратов. Но если есть необходимость поднять мощность всего агрегата, то лучше, если мультиметр покажет 500 мА. Правда, для такого резака придется собирать другой драйвер, поддерживающий данную величину тока.

Не забываем и об эстетической стороне вопроса. Вариантов корпуса можно придумать разные. К примеру, светодиодный маленький фонарик. Рекомендуется готовый прибор хранить в специальном чехле, чтобы линза оптического коллиматора не покрылась пылью. Кстати, такой резак может вызвать у соответствующих правоохранительных органов много вопросов, поэтому не стоит его носить с собой в кармане.

Необходимо отметить, что мощность диода зависит от тока, а не от напряжения. При повышении последнего превышается норма яркости свечения диода, а это приводит к разрушению резонатора в конструкции диода. То есть, источник света перестает нагревать, что необходимо ля лазерного резака. Он просто светится, как обычная лампочка. Температуры также влияют на работоспособность диода. При низких температурах его производительность возрастает, при высоких выходит из строя резонатор.

Конечно, говорить о том, что этот лазерный резак будет в домашних условиях резать толстые заготовки, не приходиться. Но тонкую жесть или алюминиевую фольгу он резать будет точно. Такие установки пригодятся дизайнерам, которые из различных ненужных предметов делают разные дизайнерские аксессуары. К примеру, из алюминиевой банки из-под пива можно сделать необычный светильник.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации