Обзор полупроводниковых лазеров. Часть 1 (+ видео)

Итак, что же такое полупроводниковый лазер с диодной накачкой?

Лазерный диод — это твердотельный источник когерентного излучения. В данном случае речь идет о твердотельном кристалле алюмината галлия, источнике лазерного пучка на интервале длины волны около 445 нм.

В основу лазера входит: лазерный диод, система охлаждения и драйвер питания самого лазерного диода. Главная хитрость в их создании состоит в том, чтобы сделать сам драйвер для питания лазерного диода максимально компактным и в то же время надежным, и таким образом обеспечить достаточное охлаждение лазерного диода, чтобы не происходила деградация самого кристалла. Т.е. лазер, готовый к эксплуатации, кроме источника энергии включает управление питанием и охлаждение.

Важно отметить, что в настоящий момент на рынке отсутствуют полупроводниковые лазеры мощностью более 10 Вт. Дело в том, что для питания лазерного диода мощностью более 10 Вт необходима энергия около 40 Вт. Таким образом, примерно 30 Вт будет уходить в тепло, которое нужно успевать рассеивать, что в настоящий момент очень непростая задача.

Установка лазеров

Итак, куда же устанавливаются лазеры? В этом смысле нам повезло, т.к. полупроводниковые лазеры имеют небольшой размер и вес в отличие от громоздких СО2 и волоконных лазеров.

Обычный полупроводниковый лазер можно совершенно спокойно установить на любой 3D-принтер или ЧПУ-станок. Кроме того, на рынке есть готовые конструкторы, типа makeblock plotter XY 2.0, на который лазеры также довольно легко устанавливаются. Для большинства лазеров используются стандартные крепления, но порой приходится повозиться и с отверткой.

Подключение лазера

Подключить лазер довольно просто. При установке лазера на 3D-принтер лазер подключают либо к гнезду питания одного из вентиляторов охлаждения экструдера, либо к гнезду питания, используемого для подогрева стола. Обычно для полупроводниковых лазеров требуется ток в 12 вольт от одного до нескольких ампер. Для лазера 5.6 Вт – не более 3-4 Ампер. Для корректного подключения внимательно прочитайте инструкцию по использованию вашего ЧПУ-станка или 3D-принтера. Обращаем внимание, что никакие дополнительные знания и умения для подключения лазера не требуются.

Управление лазером

В ряде случаев управление лазером происходит аналогично управлению 3D-принтером или ЧПУ-станком. А именно, с помощью G-кода (G-code). Если вы подключили лазер к выходу от вентилятора, вам нужно посмотреть, какая команда отвечает за включение и выключение вентилятора и, соответственно, использовать ее для включения и выключения лазера.

Некоторые ЧПУ-устройства имеют так называемый ШИМ, что позволяет менять силу тока, подаваемого на лазер. В этом случае монохромной гравировке можно придать визуальный объем с помощью нанесения полутонов. Для этого используется третий провод на самом лазере, который и управляет мощностью.

В интернете довольно много статей и записей видео с примерами создания G-кода для резки или гравировки. Мы рекомендуем программу Inkscape, для которой есть несколько плагинов, позволяющих преобразовывать векторное изображение в G-code.

Стоит отметить, что такие DIY устройства как makeblock plotter XY 2.0 отлично работают и с растровым изображением, т.е. можно загрузить обычный jpeg-файл и начать процесс гравирования или резки. Программа, в которой это реализовано, называется Benbox.

Для многих установка полупроводниковых лазеров может показаться очень сложным процессом, на самом деле это не так.

Фокусировка лазера

Фокусное расстояние на полупроводниковых лазерах можно настроить с помощью их линз. Это большой плюс. Однако не все лазеры имеют качественные линзы, позволяющие это сделать, что является большим минусом.

Сначала мы настраиваем фокус лазера на поверхность материала для резки, лежащего на столе 3D-принтера, потом, по мере того, как лазер прорезает материал, мы опускаем лазер вниз по оси Z, следя таким образом за тем, чтобы лазер все время резал в фокусе. Только так будет получаться более глубокий и ровный разрез.

Безопасность

Твердотельные лазеры, о которых мы говорим, созданы на основе алюминат галлия и имеют длину волны 445 нм (темно-синий цвет). При работе с ними необходимо всегда помнить о правилах безопасности! НИКОГДА не пользуйтесь лазером без специальных защитных очков. НИКОГДА не направляйте лазер на людей и животных, НИКОГДА не используйте его не по назначению. Все это очень серьезно — нарушение правил безопасности может причинить вред не только вам, но и окружающим.

Наша редакция благодарит компанию Endurance за предоставленный материал. Продолжение обзора выйдет совсем скоро во второй части статьи.