Platinenherstellung Lasermethode

[Elektron]

Hallo Laserfreaks,

mein erster Thread hier, und gleich viele Fragen. Am Besten ich hole mal etwas weiter aus damit ihr wisst um was es geht.
Ich fertige hobbymäßig Platinen für meine Elektronikbasteleien. Anfangs habe ich es mit der Tonertransfermethode probiert.
Das funktioniert grundsätzlich auch, nur gab es immer wieder Probleme mit Qualität und Reproduzierbarkeit.

Ein Freund von mir hat eine CNC-Fräse und eine 1W Laserdiode "blau" dran montiert um Folien zu schneiden. Er sagte mir schwarz geht
besonders gut. Vor nun schon fast zwei Jahren probierten wir also folgendes: Platinenmaterial wurde mit schwarzem Lack beschichtet und
dieser dann weggelasert. Anschliessend normal geätzt. Das Ergebnis war eine super Kantenschärfe.

3.jpg

Es hat nur ziemlich lange gedauert bis so eine Platine fertig war. Je nachdem wie kompliziert die Strukturen waren, bis zu einer halben Stunde pro Europlatine.
Mittlerweile hat er sich einen 40W China CO2-Laser angeschafft, der haut die Platinen in einem Bruchteil der Zeit raus. Das Ergebnis ist nicht ganz so schön,
aber brauchbar.

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Ich denke das liegt an dem "Druckmodus" den der Laser macht. Das heißt er fährt immer zeilenweise hin und her und schaltet dabei den Laser ein und aus.
Auf der Fräse ist der Laser im Dauerbetrieb die Kontur abgefahren.


Zum eigentlichen Thema: Mir ist ein Laser zugelaufen und ich möchte nun eine Maschine bauen um meine Platinen selbst zu lasern.
Der Laser ist ein Diodenbarren mit nachgeschalteten Optikbauteilen.
Ich habe leider nur diese Angaben zu dem Laser dazubekommen: Optische Leistung 20W, Strom Treshold 7A, Strom max. 29A, Wellenlänge 808nm.
Wie es aussieht war am Laser mal ein Anschluss für eine Lichtleitfaser. Der Vorbesitzer muss den Anschluss wohl gewaltsam entfernt haben

k4 - Kopie.JPG

k3 - Kopie.JPG

Ich habe den Laser erstmal getestet um zu sehen ob er noch funktioniert. Zuerst habe ich einen Linearregler gebaut zur Stromversorgung des
Lasers und einen Messkopf auf Basis eines Peltierelements um die optische Leistung zu bestimmen.

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Da ich noch keine Messung und Nachführung der optischen Leistung habe, sondern den Strom erstmal nur per Hand einstelle, habe ich den
Laser nur bis 25A gefahren. Vorher natürlich eine Weile bei geringerem Strom "vorgewärmt". Der Laser wurde unfokussiert auf das Pelztier
gerichtet, ich würde schätzen etwa 2cm² Bestrahlungsfläche. Das Ergebnis meiner Messung ist eine optische Leistung von 10,6W bei 45W
Leistungsaufnahme.
Ich weiß, wer mißt mißt Mist Vielleicht kann einer der Experten hier etwas zu dem Ergebnis sagen. Mit wieviel Verlusten muss ich an der Optik
rechnen? Ist die Diode vielleicht schon degradiert? Wie lange wird sie noch leben?
Ich habe übrigens hier http://www.mikrocontroller.net/topic/290162 schon mal nachgefragt, viel schlauer bin ich aber bisher nicht geworden.

Dann habe ich noch eine CD-Hülle mit dem Laser beschossen um zu sehen wie der Strahl aussieht.

45cm_unf_2 - Kopie.JPG

Na ja, mit einem Strahl hat das wohl nicht viel gemeinsam. Was sagen die Experten, muss das so aussehen?
Fokussiert mit einer 20mm Glaslinse (die war bei dem Laser dabei) sieht das schon besser aus. In Balsaholz schießt er ein sauberes Loch.

balsa_3mm - Kopie.JPG

Nach diesen Tests denke ich der Laser ist in jedem Fall geeignet für meine Platinenproduktion. Als nächstes geht es also an die Planung der
Maschine und damit stellen sich mir wieder einige Fragen. Ich denke die Maschine sollte ziemlich schnell sein. Also ein Zahnriemenantrieb direkt
ab Schrittmotor. Bei den CO2 Lasern ist das ja ziemlich genial gelöst, da werden nur die Spiegel verfahren. Das Problem bei meinem Laser ist,
das der Strahl sich leicht aufweitet. Gibt es eine Möglichkeit das zu korrigieren, das heißt einen parallelen Strahl mit 2-3mm Durchmesser zu
erzeugen? Sorry falls ich hier Mist schreibe, mit Optik habe ich bisher null Erfahrung.
Eine andere Möglichkeit wäre, den ganzen Laser in einer Achse zu verfahren und das Werkstück in der Zweiten. Das hätte aber leider ein paar
Nachteile. Der grossen Masseträgheit könnte man mit kräftigeren Motoren entgegenwirken, gut. Was mir aber nicht gefällt sind die langen Kabel
zum Treiber. Ich möchte den Laser nämlich später mit mehreren kHz schalten um eben diesen oben beschriebenen Druckmodus fahren zu
können.
Wenn die Maschine dann mal funktioniert, möchte ich vielleicht auch mal etwas anderes bearbeiten außer Platinen. Zum Beispiel Schaumstoff
schneiden. Mit der Fokussierung so wie sie jetzt ist, gibt das natürlich furchtbar schräge Schnittkanten. Also besser wäre die Lösung mit einer
anderen Optik, denke ich.
Oder ich könnte versuchen die Faserankopplung wieder zu richten. Wie stehen da meine Chancen das mit Hausmitteln wieder
hinzubekommen? Was gibt es da für Möglichkeiten, bzw. wo kann ich entsprechende Bauteile, Linsen, etc. kaufen? Sollte natürlich bezahlbar
sein, ist ja nur fürs Hobby. Profisysteme haben ja leider Preise, da hauts selbst den Apotheker um

Das wars erstmal für den Anfang, bin gespannt auf euer kompetentes Feedback.

Grüße, Thomas.

[VDX]

Hi Thomas,

wie es aussieht, hast du einen Laserdioden-Barren mit mehreren Einzelemittern, die über diesen 'Stufenspiegel' zu einem Fokus kombiniert werden - dafür hast du aber schon einen ziemlich guten Fokusdurchmesser!

Ich verwende Einzeldioden mit Faserankopplung, bei denen der Faserkern 0.1mm Durchmesser hat und ich den mit einer Linse auf ebenfalls etwa 0.1mm fokussieren kann.

Ich verfahre dann entweder nur das Fasernde mit Linse, oder die gesamte Diode, wenn die Faser zu kurz ist - hier siehst du ein paar von den Dioden: http://reprap.org/wiki/Laser_Cutter-German

Anbei ein Bild mit gravierten/weggedampften Schnittspuren in einer 0.3mm dicken PVC-Folie auf einer Plexiglasplatte, von Hinten beleuchtet - die dünnen Schnitte stammen von einem Faserlaser, haben genau 2mm Abstand und eine Breite von etwa 40µ .. die dicken Spuren habe ich mit einer 975nm-Laserdiode und etwa 2 Watt Leistung geschnitten.

Mit dünnem Lack statt Folie werden die Schnitte <0.1mm.

Ich kann dir eine von den Laserdioden mit 5Watt oder eine mit 9Watt geben ... für schwarzen Lack auf Kupfer gehen aber auch die 200mW-UV-Dioden aus BluRay-Playern oder die 445nm-Dioden mit 1 Watt aus den [C...o]-DLP-Beamern ...

Viktor

[Elektron]

dafür hast du aber schon einen ziemlich guten Fokusdurchmesser!

Hallo Viktor,

ich habe für das Foto nur alles grob voreinander gestellt. Ich hoffe auf eine viel feinere Fokussierung. Du denkst das ist mit diesem Laser nicht möglich?
Das Problem bei den kleinen Dioden ist ja das es ewig dauert. Ich würde deshalb gerne den 20W Laser verwenden um schneller verfahren zu können.
Ausserdem möchte ich nicht soviel Geld für eine neue Diode ausgeben. Der Preis an sich ist ja o.k., nur muss man das mal im Verhältnis zu dem krassen Preisverfall bei den China-Lasern sehen. Und mit einer 40W Röhre gehen ganz andere Dinge. Mein Kollege schneidet 10mm! Sperrholz in einem Arbeitsgang.

Also ich würde den Diodenlaser wirklich gerne in Betrieb nehmen und hoffe das noch jemand was zu meinen Fragen sagen kann.


Grüße, Thomas.