Вы возможно видели задорные ролики на YouTube, где лазерный станок бодро нарезает оргстекло совершенно безумным образом. Ну, подумал я, надо и себе такую игрушку прикупить. Тем более что с 40W лазером и черной краской можно и печатные платы так рисовать :-)
Краткая теория
Обычный лазер на углекислом газе — на самом деле содержит еще Гелий и Азот, под давлением ниже атмосферного. Лазеры небольшой мощности (100W и менее) — обычно «отпаяные», т.е. просто стеклянная трубка с буферным объёмом газа, водяное охлаждение, 2 электрода на концах трубки, и 2 зеркала — одно полупрозрачное (для излучения с длиной волны 10.6мкм), другое непрозрачное. По мере работы CO2 разлагается, и лазер теряет мощность. Чем выше температура, тем короче срок службы (обычно 1000-2000 часов). Питание лазера — источником высокого напряжения, ~15-20 КВ, 15-25мА (для 40W трубки).
40W — достаточно только для резки оргстекла/фанеры. Металлы резать можно только с намного большей мощностью (1000W), меньше — если кислородом расплав выдувать (тогда железо с углеродом еще и сгорает, давая дополнительную энергию). По печатной плате напрямую резать дорожки не выйдет — т.к. медь хорошо отражает 10.6мкм излучение. А вот если покрыть тонким слоем краски — то я видел положительные результаты.
Собственно, из длины волны излучаемого света (10.6мкм, «дальний» инфракрасный свет) и исходят многие особенности CO2 лазеров — очень мало материалов прозрачны для такого излучения. Лучше всего пропускает такой свет — селенид цинка, ZnSe, твердое, вещество оранжевого цвета. Существенно хуже (но дешевле) — кремний и германий. Из экзотики — обычная поваренная соль также хорошо пропускает свет CO2 лазера, но очень уж недолговечны линзы из неё.
Зеркала — дешевле всего стекло или кремний, покрытые слоем меди или золота (на небольших мощностях излучения — этого вполне достаточно). На производстве — бывают цельно медные зеркала с водяным охлаждением, и молибденовые — если при резке стали капля расплавленного металла прилипает к молибденовому зеркалу, её можно просто отковырнуть, протереть тряпочкой и дальше работать
Луч лазера можно перемещать «летающими зеркалами» — когда и лазер, и объект резки неподвижны, или например может быть одно летающее зеркало + движение объекта. Лазер обычно не двигают, т.к. он очень длинный (из-за того что трудно увеличить диаметр выходного пучка выше 1см — повышение мощности возможно только увеличением длины).
И наконец фокусировка — линзой из селенида цинка. В мощных лазерах может использоваться параболическое зеркало, которое сразу поворачивает луч на 90' и фокусирует. Само собой и зеркала и линзы могут иметь просветляющее покрытие (особенно в резонаторе лазерной трубки).
Из-за того, что длина волны излучения очень большая, 10.6мкм — диаметр точки, в которую фокусируется лазер ограничен дифракционным пределом: для линзы с фокусным расстоянием 101мм — диаметр пятна не может быть меньше 0.2мм, а для 51мм — 0.1мм (при диаметре пучка 7мм).
Как я покупал гравер на Aliexpress.com
Посмотрев, что продают на рынке — увидел, что из того, что не совсем уж фатально дорого (<10'000$) — продуют только промаркированные китайские граверы с 40W лазером. Естественно, я решил купить гравер напрямую у производителей, без посредников. Побродив на aliexpress.com, нашел первого продавца. После небольшой переписки с обсуждением дополнительных запчастей (я хотел купить запасную лазерную трубку), продавец предложил перевести ему деньги банковским переводом «на деревню дедушке» и обещал сразу же после этого выслать гравер. Этого я делать само собой не стал, любые покупки должны проходить через escrow систему alibaba-ы, или через Paypal — иначе не будет никаких возможностей оспорить сделку, если пришлют что-то не то. На продавца накатал жалобу, и в скорости он исчез с сайта.
Нашел второго продавца, но на этот раз он уже согласился на escrow. Вес посылки превышал допустимые для почты и EMS 40кг — поэтому решили послать по EMS в разобранном виде, вместе с инструкциями по сборке. Цена вопроса — 1288$ вместе с доставкой. Через пару недель курьер EMS с трудом притащил коробки ко мне домой:
Открываем и собираем
Сразу бросилось в глаза, что во время транспортировки разбилось защитное стекло. Но пока все выглядело оптимистично. Собрал все вместе, подключил водяное охлаждение, и пробую проверить лазер. Жму кнопку test — разряд в лазере есть, но точка на бумажке не прожигается. Странно… Бумагу даже 0.1W прожигать должно. Открываю защитную крышку, все осматриваю — вроде все выглядит хорошо. Жму тест — снова ничего. Тут внезапно замечаю, что во время теста — рука чувствую тепло. Жесть. Оказывается сбита калибровка Y-зеркала, и луч лазера не попадает в X-зеркало, а рассеивается от круглой поверхности (выше — она обведена красным). Тут я понимаю что все пройдет не так гладко, как я рассчитывал. Ну, делать нечего, надо калибровать.
Калибровка летающих зеркал
Быстро нашел хитрый способ калибровки — термочувствительной бумагой, на которой печатают чеки в магазинах. Проблема в том, что очень уж много точек настройки положения зеркала, и крепление Y-зеркала — не вполне жесткое, китайцы в своём стиле блин.
Все шло хорошо, луч попадал уже почти туда куда нужно, и внезапно при следующем тестовом включении лазера с левой стороны пошел дым. Следующий абзац — пролетел за 0.5 секунды :-) Я думаю — хмм… интересно, откуда там может быть дым, вроде гореть особо нечему… Хмм… Человек сцуко такая, может «отфильтровать» ощущения, которых он совсем не ожидает, и сосредоточен на чем-то другом. И тут пришла боль…
Оказалось, палец попал в луч лазера, хорошо еще я тестировал на минимальной стабильной мощности (около 10W). (Фото не для слабонервных, кровь заляпала стены). 3 часа ночи. Что делать? Звонить в скорую? "- Здравствуйте, что у вас случилось? — Аааа, заберите меня, я себе палец насквозь прожег лазером!!!!"
В общем, повезло, попал в ноготь, мощность маленькая, 10.6мкм хорошо поглощается, и рана была поверхностная (именно поэтому CO2 лазеры используют в медицине). Зажило быстро. После этого я понял, что путь мой к работающему граверу неблизок. И я сел писать претензию на продавца на aliexpress.
Разборки с продавцом
После внимательного изучения товара, обнаружилось список проблем из 9-и пунктов — отличия от того, что было в описании, чудовищные проблемы с качеством (блок питания выдавал всего 14мА, хотя для 40W лазера нужно 24, cnc контроллер отличался от того, что был в описании, ужасное качество PCB, бракованая ZnSe линза, «вгоревший» отпечаток пальца на одном из зеркал). Глубину проблем можно увидеть на снимках: 1, 2, 3, 4.
Это была настоящая заруба. 2 месяца мы провели в disput-ах на разных уровнях, несколько раз возвращаясь к началу спора. Продавец допустил ошибку — признал, что он прислал мне «другую модель», но она «лучше». Это была его фатальная ошибка, после этого спорить с ним было намного проще. Я требовал исправления всего списка проблем, или предлагал вернуть все это добро ему за его счет. Само собой, пока идет disput — продавец не может забрать свои деньги.
В конечном итоге, продавец согласился прислать запчасти на замену — нормальный блок питания (как в описании), новую, не бракованную ZnSe линзу и 3 молибденовых зеркала. Но нервов было потрачено не мало.
Видео с тестом лазера:
Результат и выводы
В конечном итоге, я получил весёлый набор «сделай лазерный гравер сам» по не слишком высокой цене. Сейчас я делаю к нему Mach3-совместимый контроллер, с оригинальным сложно делать что-то кроме печатей (т.к. кривой китайский софт заточен под растровую гравировку, а не резку).
А с китайцами нужно держать ухо востро — они не гнушаются продавать брак, лишь бы заработать лишних 10$ (т.е. они могут делать качественно, но только если держать за горло. Если не держать — сразу получишь отбраковку). Никаких сделок без Escrow и без возможности оспорить качество после доставки.
Комментарии, вопросы, дополнения?
Автор: BarsMonster
