Как подключить лазерный диод с 3 выводами из принтера
Обновлено: 19.05.2024
Лазерные диоды
С развитием новых технологий возможность получения лазерного луча в бытовых условиях стала реальностью. Электронная промышленность сегодня производит миниатюрные полупроводники, которые могут генерировать луч лазера. Этими полупроводниками стали лазерные диоды.
Повышенная оптическая мощность и отличные функциональные параметры полупроводника позволяют применять его в измерительных устройствах повышенной точности как на производстве, в медицине, так и в быту. Они являются основой для записи и чтения компьютерных дисков, школьных лазерных указок, уровнемеров, измерителей расстояния и многих других полезных для человека устройств.
Возникновение такого нового электронного компонента является революцией в создании электронных устройств разной сложности. Диоды высокой мощности образуют луч, который используется в медицине при выполнении различных хирургических операций, в частности по восстановлению зрения. Луч лазера способен быстро произвести коррекцию хрусталика глаза.
Лазерные диоды используются в измерительных приборах в быту и промышленности. Устройства изготавливают с разной мощностью. Мощности 8 Вт хватит для сборки в бытовых условиях портативного уровнемера. Этот прибор надежен в работе, способен создать лазерный луч очень большой длины. Попадание лазерного луча в глаза очень опасно, так как на малом расстоянии луч способен к повреждениям мягких тканей.
Устройство и принцип работы
В простом диоде на анод подается положительное напряжение, то речь идет о смещении диода в прямом направлении. Дырки из области «р» инжектируются в область «n» р-n перехода, а из области «n» в область «р» полупроводника. При расположении дырки и электрона рядом друг с другом, то они рекомбинируют и выделяют фотонную энергию с некоторой длиной волны и фонона. Этот процесс получил название спонтанного излучения. В светодиодах он является главным источником.
Но при некоторых условиях дырка и электрон способны находиться перед рекомбинацией в одном месте продолжительное время (несколько микросекунд). Если по этой области в это время пройдет фотон с частотой резонанса, то он вызовет вынужденную рекомбинацию, и при этом выделится второй фотон. Его направление, фаза и вектор поляризации будут абсолютно совпадать с первым фотоном.
Кристалл полупроводника изготавливают в виде тонкой пластинки формы прямоугольника. По сути дела, эта пластинка и играет роль оптического волновода, в котором излучение действует в ограниченном объеме. Поверхностный слой кристалла модифицируется с целью образования области «n». Нижний слой служит для создания области «р».
В конечном итоге получается плоский переход р-n значительной площади. Два боковых торца кристалла подвергают полировке для создания параллельных гладких плоскостей, образующих оптический резонатор. Случайный фотон перпендикулярного плоскостям спонтанного излучения пройдет по всему оптическому волноводу. При этом перед выходом наружу фотон несколько раз будет отражаться от торцов и, проходя вдоль резонаторов, создаст вынужденную рекомбинацию, образуя при этом новые фотоны с такими же параметрами, чем вызовет усиление излучения. Когда усиление превзойдет потери, начнется создание лазерного луча.
Существуют различные типы лазерных диодов. Основные из них выполнены на особо тонких слоях. Их структура способна создавать излучение только параллельно. Но если волновод выполнить широким в сравнении с длиной волны, то он будет функционировать уже в различных поперечных режимах. Такие лазерные диоды называют многодомовыми.
Использование таких лазеров оправдано для создания повышенной мощности излучения без качественной сходимости луча. Допускается некоторое его рассеивание. Этот эффект используется для накачки других лазеров, в химическом производстве, лазерных принтерах. Однако при необходимости определенной фокусировки луча, волновод должен выполняться с шириной, сравнимой с длиной волны.
В этом случае ширина луча зависит от границ, которые наложены дифракцией. Такие приборы используются в запоминающих оптических устройствах, оптоволоконной технике, лазерных указателях. Необходимо заметить, что эти лазеры не способны поддержать несколько продольных режимов, и излучать лазерный луч на разных длинах волн в одно время. Запрещенная зона между уровнями энергии «р» и «n» областей диода влияет на длину волны луча.
Лазерный луч на выходе сразу расходится, так как излучающий компонент очень тонкий. Чтобы компенсировать это явление и создать тонкий луч, используют собирающие линзы. Для широких многодомовых лазеров используются цилиндрические линзы. В случае однодомовых лазеров, при применении симметричных линз, лазерный луч будет иметь эллиптическое поперечное сечение, так как вертикально расхождение превосходит размер луча в горизонтальной плоскости. Наглядным примером для этого служит лазерная указка.
В рассмотренном элементарном устройстве нельзя выделить определенную длину волны, кроме волны оптического резонатора. В устройствах, имеющих материал, способный усилить луч в большом интервале частот, и с несколькими режимами, возможно действие на разных волнах.
Обычно лазерные диоды функционируют на одной волне, обладающей, однако значительной нестабильностью, и зависящей от различных факторов.
Разновидности
Устройство рассмотренных выше диодов имеет n-р структуру. Такие диоды имеют низкую эффективность, требуют значительную мощность на входе, и работают только в режиме импульсов. По-другому они работать не могут, так как быстро перегреются, поэтому не получили широкого применения на практике.
Лазеры с двойной гетероструктурой имеют слой вещества с узкой запрещенной зоной. Этот слой находится между слоями материала, у которого широкая запрещенная зона. Обычно для изготовления лазера с двойной гетероструктурой применяют арсенид алюминия-галлия и арсенид галлия. Каждыи из этих соединений с двумя разными полупроводниками получили название гетероструктуры.
Достоинством лазеров с такой особенной структурой является то, что область дырок и электронов, которую называют активной областью, находится в среднем тонком слое. Следовательно, что создавать усиление будут намного больше пар дырок и электронов. В области с малым усилением таких пар останется мало. В дополнение свет станет отражаться от гетеропереходов. Другими словами излучение будет полностью находиться в области наибольшего эффективного усиления.
Диод с квантовыми ямами
При выполнении среднего слоя диода более тонким, он начинает функционировать в качестве квантовой ямы. Поэтому электронная энергия будет квантоваться вертикально. Отличие между уровнями энергии квантовых ям применяется для образования излучения вместо будущего барьера.
Это эффективно для управления волной луча, зависящей от толщины среднего слоя. Такой вид лазера намного эффективнее, в отличие от однослойного, так как плотность дырок и электронов распределена более равномерно.
Гетероструктурные лазерные диоды
Основной особенностью тонкослойных лазеров является то, что они не способны эффективно удерживать луч света. Для решения этой задачи по обеим сторонам кристалла прикладывают два дополнительных слоя, которые обладают более низким преломлением, в отличие от центральных слоев. Подобная структура похожа на световод. Она намного лучше удерживает луч. Это гетероструктуры с отдельным удержанием. По такой технологии произведено большинство лазеров в 90-х годах.
Лазеры с обратной связью в основном применяют для волоконно-оптической связи. Для стабилизации волны на р-n переходе выполняют поперечную насечку для создания дифракционной решетки. Из-за этого в резонатор возвращается и усиливается только одна длина волны. Такие лазеры имеют постоянную длину волны. Она определена шагом насечки решетки. Под действием температуры насечка изменяется. Подобная модель лазера является основой телекоммуникационных оптических систем.
Существуют также лазерные диоды VСSЕL и VЕСSЕL , которые являются поверхностно-излучающими моделями с вертикальным резонатором. Их отличие состоит в том, что у модели VЕСSЕL резонатор внешний, и его конструкция бывает с оптической и токовой накачкой.
Особенности подключения
Лазерные диоды используются во многих устройствах, где необходим направленный световой луч. Основным процессом в сборке устройства с применением лазера своими руками является правильное подключение.
Лазерные диоды отличаются от led диодов миниатюрным кристаллом. Поэтому в нем концентрируется большая мощность, а следовательно и величина тока, что может привести к выходу его из строя. Для облегчения работы лазера существуют особые схемы устройств, которые называются драйверами.
Лазерам необходимо стабильное питание. Однако существуют их модели, имеющие красное свечение луча, и функционирующие в нормальном режиме даже с нестабильной сетью. Если имеется драйвер, то все равно диод нельзя подключать напрямую. Для этого дополнительно нужен датчик тока, роль которого часто играет резистор, подключенный между этими элементами.
Такое подключение имеет недостаток в том, что отрицательный полюс питания не соединен с минусом схемы. Другим недостатком является падение мощности на резисторе. Поэтому перед подключением лазера необходимо тщательно подобрать драйвер.
Виды драйверов
Существуют два главных вида драйверов, способных обеспечить нормальный режим эксплуатации лазерных диодов.
Импульсный драйвер выполнен по аналогии импульсного преобразователя напряжения, способного повышать и понижать этот параметр. Мощности выхода и входа такого драйвера примерно равны. Однако, существует некоторое выделение тепла, на которое расходуется незначительное количество энергии.
Линейный драйвер действует по схеме, которая чаще всего подает напряжение на диод больше, чем требуется. Для его снижения необходим транзистор, преобразующий излишнюю энергию в теплоту. Драйвер имеет малый КПД, поэтому не нашел широкого применения.
При применении линейных микросхем в качестве стабилизаторов, при уменьшении напряжения на входе диодный ток будет снижаться.
Так как питание лазеров выполняется двумя видами драйверов, схемы подключения имеют отличия.
Схема также может содержать источник питания в виде батареи или аккумулятора.
Аккумуляторы должны выдавать напряжение 9 вольт. Также в схеме должен быть резистор, ограничивающий ток, и лазерный модуль. Лазерные диоды можно найти в неисправном приводе дисков от компьютера.
Лазерный диод имеет 3 вывода. Средний вывод подключается к минусу (плюсу) питания. Плюс подключается к правой, либо левой ножке, в зависимости от фирмы изготовителя. Чтобы определить нужную ножку для подключения, необходимо подать питание. Для этого можно взять две батарейки по 1,5 В и сопротивление 5 Ом. Минус источника подключают к средней ножке диода, а плюс сначала к левой, затем к правой ножке. Путем такого эксперимента можно увидеть, какая из этих ножек является «рабочей». Таким же методом диод подключают к микроконтроллеру.
Лазерные диоды могут работать от пальчиковых батареек, аккумулятора сотового телефона. Однако нельзя забывать, что дополнительно требуется ограничивающий резистор номиналом 20 Ом.
Подключение к бытовой сети
Порядок подключения
Наиболее удобным для работы будет красный диод мощностью около 200 мВт. Такие лазерные диоды установлены на дисковые приводы компьютеров:
- Перед подключением с помощью батарейки проверить работу лазерного диода.
- Выбрать необходимо самый яркий полупроводник. Если диод взят из дискового привода компьютера, то он светит инфракрасным светом. Луч лазера запрещается наводить на глаза, так как это приведет к повреждению глаз.
- Диод монтировать на радиатор для охлаждения, в виде алюминиевой пластины. Для этого предварительно сверлить отверстие.
- Между диодом и радиатором промазать термопастой.
- Резистор на 20 Ом и 5 ватт подключить по схеме с батарейками и лазером.
- Диод шунтировать керамическим конденсатором любой емкости.
- Отвернуть от себя диод и проверить его работу, подключив питание. Должен появиться красный луч.
При подключении следует помнить о безопасности. Все соединения должны быть качественными.
Установка элементарная: лазерный модуль устанавливается на печатную головку стяжками и подключается вместо вентилятора обдува.
Прошивку корректировать не требуется. Можно печатать с флешки.
Более подробная информация под катом
Приветствую! И сразу к делу))))
Давно хотел получить лазерный гравер с большой рабочей областью. Ну как большой — больше чем 3.5 на 3.5 мм (Neje, KKmoon и подобные Decaker). У данных китайских поделок ультрадешевой конструкции используется механика от старых компьютерных приводов, и соответственно отсутствует возможность модернизации.
Самое простое что может прийти в голову — это установка лазерного модуля на головку 3д принтера. Есть варианты для установки совместно с существующим хотэндом (поиск по thingiverse), можно установить новую Х-каретку (держатель эффектора для косселя) вместо штатного.
Варианты питания драйвера лазерного модуля различные — можно питать от проводов нагревателя хотэнда, сигнал TTL при этом берется от вентилятора обдува модели. Если с минимальной переделкой — можно просто установить вместе с хотэндом, запитать от вентилятора (выставив его на 100%). Далее, фокусируем линзой в точку, вручную опускаем эффектор к столу (поднимаем стол к лазеру и т.п.), определяя высоту, в которой лазерный луч фокусируется в точку. Эта высота будет постоянная для последующей «печати», с поправкой на высоту материала. В указанном варианте не потребуется перепрошивка — все остается как есть и можно пользоваться принтером как принтером, только для гравера готовить G-code файлы через плагин.
Кстати, как вариант — можно собрать механику лазера самостоятельно. Самый простой способ — использовать несколько отрезков конструкционного профиля, ролики, ремни. Вот есть неплохой обзор про самодельный станок, а вот тут — про эксцентрики для сборки кареток.
В качестве простейшей платы управления можно использовать Arduino Uno/Nano + CNC Shield, есть возможность купить оригинальную плату EleksMaker для совместимости с программным обеспечением типа Benbox (и по сути за недорого получить недорогую копию китайского гравера), а также ничто не мешает установить Arduino Mega+Ramps, и пользоваться работой с SD карты и управлением (дисплей+энкодер).
Все указанные компоненты недорогие и доступные.
В любом случае, самое главное — это найти и правильно подключить лазерный модуль.
Про мощные лазерные модули уже была речь на муське (2500mW, 5500mW, и даже была статья про лазерный гравер 10000mW), при покупке обратите внимание, чтобы была возможность управления по TTL мощностью (либо купите отдельный драйвер с TTL для лазерного диода/модуля)
И имейте в виду, что в названии лазерного модуля, как правило, указывается желаемая китайцами мощность, достижимая только при 100% мощности. Средняя/рекомендуемая мощность обычно колеблется на уровне 50-60% от максимума. То есть, если вы отдали около $300 за модуль с 5500мВт, то у вас скорее всего будет около 3. 3,5Вт для работы. При длительной работе на максимуме мощности китайские диоды быстро теряют свой ресурс (и дохнут).
Оставим мощные диодные модули для других публикаций, а вот про их дешевые аналоги пока не было публикаций на муське. Вообще, цель была до $25 получить недорогой модуль, но при этом способный гравировать на дереве/картоне и возможно даже резать тонкие материалы.
Сразу укажу варианты, которые попались мне на глаза.
Во-первых, всегда есть возможность разломать/попросить на запчасти старый DVD-RW привод, и изъять лазер. Обычно говорят искать со скоростями >16х, так как там используются лазеры чуть мощнее.
Это практически бесплатный вариант, подходящий, чтобы попробовать свои силы и посмотреть, что получится. Кстати, если разломать пару приводов, вы еще и получите механику для двух осей))))
Вот есть информация по подобному способу, разбирайте аккуратно, не повредите модуль, который боится статики.
Лазер из привода, как правило, способен гравировать картон и дерево. Для любителей — можно лопать шарики, зажигать спички. Питается от 1*3,7В аккумулятора либо от 5В (павербанк)
Во-вторых, можно купить совсем недорогие лазерные диоды, обычно продаются по несколько штук. Вот пример лота с пятью 300мВт лазерными диодами с длиной волны 808nm излучения.
На корпусе три вывода, но используются два (минус на корпусе, слева — плюс).
Как для первого случая (лазер или DVD-RW привода), так и для второго — потребуется докупить корпус, линзу, а также купить/собрать драйвер для питания диода.
Есть хороший третий способ: это покупка недорогого модуля лазерного диода, в гильзе, с линзой.
Вот варианты на 500мВт, на 1000мВт, на 1500мВт.
Они продаются, как сменные варианты (для апгрейда или ремонта) лазеров типа Neje/Kkmoon
Выглядят как гильза диаметром 12мм, высотой 45мм, с двумя контактами для питания диода. Модуль поставляется без драйвера и соответственно, потребуется спаять или купить драйвер.. В комментарии Aslan54 привел фото разобранного лазерного модуля
Так что, модуль поставляется с драйвером внутри, драйвер питается от напряжения 4.5В. 5В., максимальная потребляемая мощность 1,5Вт (излучаемая соответственно меньше). TTL у данного драйвера нет. Есть два варианта управления — либо M106 S255 (MAX) затем M106 S0 (MIN), либо включением — выключением питания, что одно и тоже по сути. Второй вариант — заменить «родной» драйвер.
Несколько слов про драйверы. Питать лазерный диод требуется не напряжением, а током, в зависимости от тока он и будет сильнее или слабее излучать.
Вот простейшая схема питания для лазерных диодов из приводов.
Очень важен резистор, который подбирается последовательно диоду — он ограничивает ток на диоде.
Далее более сложный драйвер
Можно купить за $3-4 драйверы на Али до 300мА
есть варианты до 800 mA
драйверы с TTL, не очень бюджетный вариант, но хороший, до 2Вт
Итак, взял на попробовать вот этот лазер на 1500мВт.
Далее фото посылки и лазера. Пришло достаточно быстро после оплаты, примерно дней за 20. В декларации ни слова про лазеры (аксессуары)
Внутри посылки пакет с лазером, небольшой и легкий
Масса модуля всего 17-18 грамм
Размеры: диаметр 12мм…
… длина 45 мм
Кольцо с линзой можно выкрутить совсем. Вот на фото хорошо видно линзу и пружинку.
Если посмотреть в лазерный модуль со снятой линзой, то… мало чего можно увидеть. Только чип в корпусе.
Фото поближе
На обратной стороне провода зафиксированы термоклеем
Теперь фото дополнительных комплектующих для сборки.
Для первичной проверки был куплен драйвер на 300мА
и радиатор для гильзы 12 мм
Фотография лазера с радиатором
И они же в сборе
Общая масса сборки 65 грамм — это важно для подвижный частей будущей системы
Сравнение лазера на 1500 мВт с лазерным модулем на 300мВт
диоды
корпус с линзой
вот так выглядит диод, установленный в корпус
и сам диод
собранный радиатор с линзой
Итак, самый простой драйвер я приобрел просто для контроля работоспособности лазера. Он умеет питать лазер до 300мА (читай милливат 600. 700), но полностью не раскрывает возможностей лазерного модуля.
Подойдет для питания самодельных лазерный модулей из DVD-RW. Если вы будете питать диоды из лазера или купленные 300мВт диоды, то нужно предварительно выставить минимальный ток питания.
Для начала скручиваем переменный резистор в минимальное положение (против часовой стрелки), подключаем вместо лазера резистор на 50. 80 Ом и устанавливаем ток около 50мА.
Обязательно оставляйте в цепи мультиметр в режиме измерения тока. Потом будем также с лазером включать с мультиметром и контролировать.
Что касается лазерного модуля 1500мВт из обзора — то он идет уже с установленным драйвером, питать можно до 5В. Я сначала перестраховался и подал чуть меньше напряжение. На фото видно, что лазерный модуль начинает зажигаться и можно попробовать фокусировать его в точку
Итак, проверка пройдена.
Я использовал модуль DPS5005 для питания лазерного модуля и контроля тока/напряжения
Уже можно гравировать дерево, единственно — нужно подержать какое то время
Вот фото пробы с рук
Далее, можно выставить напряжение на рекомендуемые 4,5. 5В
Ну и традиционно — спички зажигает, шарики лопает, останавливаться на этом не буду
Для дальнейших экспериментов использовал принтер Geeetech Me Creator со снятым экструдером. Был нарисован новый держатель на каретку, питание лазера было заведено отдельно.
3Д модель держателя на каретку
Скрин из слайсера 3д принтера
Внешний вид лазера, установленного на Х-каретку
Вид сверху.
Фото в процессе работы. Тяжело фотоаппаратом поймать точку — в специальных очках точка очень маленькая, порядка 0,1мм. Без защитных очков лучше на нее не смотреть.
Печатал штатно с SD-карты, без модификации прошивки
Простейший G-code по координатам был запущен с SD карты, чтобы проверить работоспособность идеи.
Узнать более подробно, что может 1,5Ваттный китайский лазер можно отсюда.
Для подготовки изображений к гравировке рекомендую использовать Lokster’s Laser Engraving для Inkscape
Вот меню плагина. В Z-offset пишите высоту на которой фокусируется ваш лазер. Управление идет командами M106/M107 через регулировку оборотов вентилятора.
Итак, данный лазерный модуль один из самых дешевых, и позволяет уложиться в $20.
Для того, чтобы раскрыть все возможности лазерного модуля, заказал токовый драйвер до 1500мВт и с TTL. Когда придет — разберу корпус модуля, хочу подключить в обход родного драйвера.
Ну и я хочу нарисовать новую каретку, чтобы одновременно был установлен экструдер и лазер.
А то не очень удобно перекидывать их.
В целом все. Идея интересная, хорошая, надеюсь многим подойдет, хотя бы попробовать свои силы.
Вот хорошая статья по подготовке g-code для выжигания
еще статья конверсии принтера в гравер
Не забывайте про технику безопасности. Лазеры — это не шутки. Используйте защитные очки.
Но я брал с купоном AGE2184, вышло $16.99
Дополнительно можно применить поинты, если есть. Мелочь, а приятно)))
В этом посте я опишу, как собирал фиолетовую лазерную указку из хлама, нашедшегося под рукой. Для этого мне потребовался: фиолетовый лазерный диод, коллиматор для сведения пучка света, детали драйвера, корпус для лазера, источник питания, хороший паяльник, прямые руки, и желание творить.
Заинтересовавшихся и желающих поковыряться в электронике — прошу под кат.
Попался мне под руку убитый Blu-ray резак. Выбросить было жалко, а что из него можно сделать — я не знал. Спустя полгода наткнулся на видеоролик, в котором была показана такая самодельная «игрушка». Тут и блюрей пригодился!
В системе чтения-записи привода используется лазерный диод. Выглядит он в большинстве случаев так:
Для питания «красного» диода необходимы 3-3.05 вольт, и от 10-15 до 1500-2500 миллиампер в зависимости от его мощности.
А вот диод «фиолетовый» требует аж 4.5-4.9 вольт, поэтому питать через резистор от литиевого аккумулятора не получится. Придется сделать драйвер.
Так как у меня был положительный опыт с микросхемой ZXSC400, то я без раздумий ее и выбрал. Эта микросхема представляет собой драйвер для мощных светодиодов. Даташит. С обвязкой в виде транзистора, диода и индуктивности я мудрить не стал — все из даташита.
Печатную плату для драйвера лазера я изготовил известным многим радиолюбителям ЛУТ-ом (Лазерно-утюжная технология). Для этого необходим лазерный принтер. Схема нарисована в программе SprintLayout5 и напечатана на пленке для дальнейшего перевода рисунка на текстолит. Пленку можно использовать практически любую, лишь бы не застряла в принтере и на ней качественно напечаталось. Вполне подходит пленка от пластиковых папок-конвертов.
Если же нет пленки, не нужно расстраиваться! Одалживаем у подруги или жены женский глянцевый журнал, вырезаем оттуда самую неинтересную страницу и подгоняем ее под размер А4. Затем печатаем.
На фото ниже можно увидеть пленку с нанесенным тонером в форме разводки схемы, и подготовленный к переносу тонера кусочек текстолита. Следующим шагом будет подготовка текстолита. Лучше всего брать кусочек, раза в два больше нашей схемы, чтобы было удобнее прижать к поверхности во время следующего шага. Медную поверхность необходимо зашкурить и обезжирить.
Теперь нужно перенести «рисунок». Находим в шкафу утюг, включаем его. Пока он разогревается, кладем кусочек бумаги со схемой на текстолит.
Как только утюг нагреется, нужно аккуратно прогладить пленку через бумагу.
В этом видео весьма наглядно показан процесс.
Когда она «прилипнет» к текстолиту, можно выключать утюг и переходить к следующему шагу.
После переноса тонера с помощью обычного утюга это дело выглядит так:
Травить будем хлорным железом. 150 рублей за баночку, хватает надолго.
Разводим раствор, кидаем туда нашу заготовку, «помешиваем» плату и ждем результата.
Не забываем контролировать процесс. Аккуратно вытаскиваем плату пинцетом (его тоже лучше купить, этим мы избавим себя от лишнего мата и «соплей» припоя на будущей плате при пайке).
Ну вот, плата вытравилась!
Аккуратно зачищаем мелкой шкуркой, наносим флюс, залуживаем. Вот, что получается после облуживания.
На контактные площадки припоя можно нанести чуть больше чем везде, чтобы паять детали удобнее было, и без наноса припоя дополнительно.
Осталось отрезать чуть дальше обведенных контуров, и обточить лишнее надфилем. Я делал драйвер в двух экземплярах — на всякий случай. Текстолит удобно резать ножницами по металлу.
Собирать драйвер будем по этой схеме. Обратите внимание: R1 — 18 миллиОм, а не мегаОм!
При пайке лучше всего использовать паяльник с тонким жалом, для удобства можно воспользоваться увеличительным стеклом, ведь детали достаточно мелкие. При этой пайке используется флюс ЛТИ-120.
Итак, плата практически спаяна.
Проволочка впаивается на место резистора на 0.028 Ом, так как такой резистор мы вряд ли найдем. Можно впаять параллельно 3-4 SMD-перемычки (выглядят как резисторы, но с надписью 0), на них около 0.1 ом реального сопротивления.
Но таких не оказалось, поэтому я использовал обычную медную проволоку аналогичного сопротивления. Точно не измерял — лишь подсчеты какого-то онлайн-калькулятора.
Напряжение выставлено всего 4.5 вольт, поэтому светит не очень ярко.
Разумеется, выглядит плата грязновато до смывки флюса. Смывать можно простым спиртом.
Теперь стоит написать и об коллиматоре. Дело в том, что лазерный диод сам по себе светит не тонким лучом. Если включить его без оптики, то светить он будет как обычный светодиод с расходимостью в 50-70 градусов. Для того, что бы создать луч, нужна оптика и сам коллиматор.
Коллиматор заказан из китая. Он содержит в себе еще и слабый красный диод, но он мне не был нужен. Старый диод можно выбить обычным болтом М6.
Раскручиваем коллиматор, выкручиваем линзу и заднюю часть, отпаиваем драйвер от диода. Оставшееся крепление зажимаем в тиски. Выбить диод можно, ударив по нему.
Диод выбит.
Теперь нужно запрессовать новый фиолетовый диод.
Но на ноги диоду нажимать нельзя, а по-другому запрессовывать неудобно.
Что же делать?
Задняя часть коллиматора прекрасно подходит для этого.
Вставляем новый диод ножками в отверстие в задней части цилиндра, и зажимаем в тиски.
Плавно закручиваем тиски, пока диод полностью не запрессуется в коллиматор.
Итак, драйвер и коллиматор собраны.
Теперь закрепляем коллиматор в «голову» нашего лазера, и припаяем диод к выходам драйвера с помощью проводков, либо прямо к плате драйвера.
В качестве корпуса я решил использовать простой фонарик из хозяйственного магазина за сто рублей.
Выглядит он так:
Все железки для лазера и коллиматор.
На прищепку для удобства крепления нацеплен магнитик.
Осталось лишь вставить устройство лазера в корпус и закрутить.
Sprint layout 5, файлы разводки печатной платы в архиве.
P.S. Этот карманный лазер является достаточно опасной «игрушкой». Лазеры класса I-II для человека и глаз не особо опасны, разве что диод случайно в глаз попадет при неудачной сборке. А вот классы III-IV способны повредить или лишить зрения вовсе. Необходимо использовать очки. Направлять луч в сторону людей, а тем более в лицо — нельзя.
Китайская красная указка светит с мощностью 0.5-1 мВт. Этот лазер имеет мощность 150-200 милливатт. Представьте, что на Вас направили одновременно 150-200 указок!
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
После публикации моей истории у публики возник неподдельный интерес к тому, как добавить функцию лазерной резки к 3d-принтеру. Подобный опыт на ресурсе уже был, я решил его переосмыслить и дополнить. Основная идея - установить лазер не вместо, а вместе с экструдером и заставить все это работать без перестановок железа, создания отдельного координатного стола и без модификаций оригинальной прошивки принтера.
Можно было бы поступить так же, как и автор вышеупомянутой статьи - взять готовый набор лазер+драйвер. Такое решение имеет право на жизнь, и у него есть преимущество в виде простоты, но и недостатки тоже есть. О них - ниже.
В этой части опишу все железо, необходимое для подобной модификации, нюансы выбора, установки и настройки, но прежде всего:
Автор не несет ответственности за выжженную сетчатку, потерю зрения и прочие увечья, которые можно получить, не соблюдая технику безопасности. Всегда используйте защитные очки при работе с лазерами.
И помните, что очки защищают только от отраженного света, так что не направляйте лазерный луч себе в глаз. Для синего лазера нужны красные очки. Например, такие.
Лазерный диод
Начну с самого дорогого компонента. Опустим бесчисленное множество параметров, приведенных в даташите и обратим внимание лишь на некоторые:
Мощность. Самый главный параметр. Чем больше мощность - тем быстрее можно резать/выжигать. тем больше глубина реза за проход и прочее. Для себя я решил, что меньше 1,6Вт рассматривать не стоит, ибо всегда должен быть запас, и чем больше - тем лучше.
Длина волны. Для самодельных резаков чаще всего используются лазеры с длиной волны в 445-450нм. Для них полно линз, и их свечение находится в видимом спектре. От выбора цвета зависит то, как хорошо лазер будет резать материалы определенных цветов. Например, синий лазер не очень хорошо справляется с синим оргстеклом и прочими синими поверхностями, т.к. его излучение не поглощается материалом.
Номинальный рабочий ток. Обычно пропорционален мощности. Для 1,6вт-диодов характерен ток 1,2А. У 3,5Вт номинальный ток 2,3А. Этот параметр важен при выборе драйвера. За более точной информацией стоит нужно посмотреть datasheet конкретного лазерного диода.
Тип корпуса. Наиболее распространенные - TO-5 (9мм), TO-18 (5,6мм - его иногда называют To-56). Влияет на подбор лазерного модуля.
Приведу несколько типичных лазерных диодов:
Драйвер лазерного диода
Драйвер лазерного диода мало отличается от драйвера обычного светодиода и представляет собой источник постоянного тока. Единственное отличие - у него зачастую есть возможность управления через TTL. Собственно, наличие TTL-управления - это одно из основных требований при выборе драйвера. Еще два требования - напряжение питания и максимальный выходной ток. С напряжением все достаточно просто - большинство 3д-принтеров используют 12-вольтовое питание. Следовательно, стоит искать драйвер на 12в. Максимальный выходной ток должен быть выше номинального тока диода, чтобы полностью раскрыть его мощность в процессе настройки.
Пара вариантов драйверов:
Модуль и крепление
Здесь небольшое лирическое отступление. Причина, почему рассматривается сборка из отдельных компонентов, а не покупка готовой связки драйвер+лазер, кроется в размерах лазерного модуля в подобных наборах. 40х40х70мм - слишком много для крепления вместе с экструдером. Набор можно было бы рассмотреть в случае построения отдельного координатного стола конкретно для резака. В случае с шаговым двигателем на каретке масса оной становится довольно большой. А чем больше масса - тем больше инерция, что не есть хорошо.
Модуль. Нам нужен модуль 12х30мм. Стоит обратить внимание на то, для какого он типа корпуса (TO-5/18 и т.д.), а также для какой длины волны он предназначен. Бывают как модули как для широкого диапазона длин волн, так и для какой-то одной конкретной.
Как обычно, пара примеров:
TO-18 универсальный TO-5 универсальныйКрепление. Оно же - радиатор. С обдувом даже для 3,5Вт-лазера такого радиатора достаточно, он греется где-то до 50 градусов.
Вариантов установки крепления для лазера великое множество. Тут стоит даль волю инженерной мысли и чего-нибудь придумать. Обязательно предусмотрите вентилятор над лазером, он нужен как для его охлаждения, так и для того, чтобы сдувать дым из рабочей области. О подключении и управлении доп.вентиляторами читайте здесь.
Можно примотать стяжками, но лучше сделать жесткое болтовое крепление с переходной пластиной, наподобие того, как это сделал я:
Универсального варианта тут нет, но есть несколько критичных моментов, которые нужно соблюсти:
1. Нужно закрепить модуль как можно ниже, на уровне сопла, точнее, чуть выше его, оставив место для регулировки линзы (около 1см). Это связано с фокусным расстоянием - отдалить модуль по Z мы можем всегда, а вот приблизить будет проблемой, если регулировки не хватит. Я об этом не знал, и регулировки хватило едва-едва.
2. Лучше всего закрепить модуль соосно с экструдером - тогда пострадает размер рабочего хода только одной из осей. И чем ближе к экструдеру - тем меньше 'штраф'.
С подключением все просто, питание на драйвер согласно полярности, подключение диода согласно полярности. Соблюдайте полярность, в общем. Управляющий TTL провод - к контакту D4, D5, или D6 в случае, если у вас RAMPS. Покажу на примере, как это выглядит у меня (TTL-управление на D6):
Настройка тока лазерного диода
После того, как все установлено и подключено, можно заняться настройкой тока. Для этого выкрутите линзу у лазера и/или подложите под него кусок кафельной плитки, чтобы он чего-нибудь не прожег. Также нужно включить в разрыв 'минусового' провода лазерного диода амперметр (см. схему выше). Можно временно подключить мультиметр, а можно поставить отдельную измерительную головку, как это сделал я. И не забудьте одеть защитные очки. Алгоритм такой:
1. Включаем принтер.
2. В Pronterface пишем M42 P* S255 , где * - номер контакта, к которому подключен управляющий TTL провод драйвера
3. Берем отвертку и начинаем медленно вращать маленький подстроечный резистор на плате драйвера, попутно поглядывая на показания амперметра. Если это этот драйвер, то ток до включения лучше выкрутить в 0 (против часовой стрелки до щелчков), т.к. в нем по умолчанию выставлено 2А, что может спалить 1,6Вт-диод.
4. Выставляем по амперметру номинальный ток своего диода и пишем M42 P* S0 для его отключения. (* - см. выше)
5. Отключаем мультиметр от цепи (опционально).
Настройка фокуса лазера
Тут все достаточно индивидуально. Фокус можно настраивать как перед каждой операцией резки, так и единожды, потом просто передвигая каретку по Z в зависимости от толщины обрабатываемого материала. Также есть разные подходы к настройке фокуса по детали: можно выставлять фокус по верху заготовки, а можно по середине. Я выставляю по верху, т.к. редко что-либо режу и меня не беспокоит расфокусировка при опускании луча в материал.
1. Загоняем все оси в home ( G28 ).
2. Поднимаем каретку. Величина поднятия зависит от толщины обрабатываемого листа. Я не предполагал на своем принтере обрабатывать ничего толще 6мм (по фанере выжигать), поэтому поднял каретку чуть выше - на 8мм. Команда для поднятия - G1 Z8, ну или просто потыкайте стрелочки в Pronterface.
3. Кладем заготовку, закрепляем канцелярскими зажимами, наводим лазер на нее.
4. Включаем лазер. Много мощности на этом этапе не требуется, должна быть четко видна точка. M42 P* S1
5. Крутим линзу до тех пор, пока луч не сфокусируется в маленькую точку. Если не хватает регулировки - поднимите каретку еще где-нибудь на 5-10мм, и снова покрутите линзу.
Итого сборка, подключение и настройка завершены. В следующей статье будет руководство по подготовительным командам и обзор софта для работы с лазером.
To be continued
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Читайте также: