Ofen für Metalldampflaser

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medusa
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Ofen für Metalldampflaser

Beitrag von medusa » Mi 10 Dez, 2014 10:14 pm

Hi Freax,

zur Wiedereröffnung des Forums was von mir... eines meiner mit niedriger Priorität betriebenen Projekte ist ja der gemeine Metalldampflaser, für den ich hier schon mal die Röhre vorgestellt habe: http://laserfreak.net/forum/viewtopic.php?f=185&t=51802. Für den hab ich jetzt mal im 2. Anlauf einen Ofen gebaut.

Der erste Versuch in dieser Richtung stammt von 2004 und war ein epischer Fehlschlag. Da hab ich einfach Konstantandraht vom blauen C auf eine Quarzkapillare gewickelt, und das ganze mit Glaswolle aus dem Baumarkt in ein Blechgehäuse gestopft. Leider fängt Glaswolle bei 600° an zu schmelzen und hat dann den Draht auf dem Quarz festgebrannt, was beim Abkühlen zu einem Totalschaden wurde. Die unterschiedliche Wärmeausdehnung hat das Quarzrohr geknackt. Ich hab dann nur das Ofengehäuse aus Blech behalten und in einem Karton in den hintersten Winkel meines Kellers verbannt.
ofen1.png
Auf diesem Bild ist dreierlei zu sehen. Hinten der Ofenrest von 2004 noch mit der halbverbrannten Glaswolle drin. Davor diesmal richtig gemacht, ein 16mm Quarzrohr mit einer Wicklung aus 1mm Kanthaldraht für Töpferöfen. Das 5m lange Drahtstück hab ich zuerst auf das gleich große Alurohr im Vordergrund gewickelt.
Die Endscheiben bestehen aus 20mm Vermiculit, einem leichten Material, das neuerdings im Ofenbau Schamotte zu verdrängen beginnt. Es läßt sich mit der Laubsäge etwa so einfach wie Balsaholz bearbeiten und bildet die tragenden Endscheiben des inneren Aufbaues.
ofen2.png
Den Inneren Aufbau habe ich ohne Isolierung probelaufen lassen, auch um das Kanthal voroxidieren zu lassen (die Legierung enthält 4% Aluminium, die eine feste Al2O3-Schicht auf dem Draht bildet und ihn so haltbarer als andere Widerstandsdrähte macht). Man erkennt hier auch, daß schon kleinste Unregelmäßigkeiten in der Wicklung große Auswirkungen un der Glut haben.
Im Bild fließen etwa 4A durch den Draht, im Rohr herrschen 575°.

Als Isolierung habe ich mich diesmal für Keramikfasern entschieden, die deutlich haltbarer als der Glaswolle-Müll sind. Die billigste Kleinmenge sind die sogenannten Keramikschwämme, die es für Ethanolkamine als Auslaufschutz zu kaufen gibt.
Es handelt sich dabei allerdings eher um eine Art Faserplatte, die mit der Konsistenz von Wolle nur wenig gemeinsam hat. Mich erinnert das Zeug eher an einen feinen weißen Strohballen. Rollen geht damit nicht, es läßt sich aber mit einem Teppichmesser schneiden. Also habe ich grob zwei Halbzylinder geschnitzt und darin Quarz und Kanthal verpackt. Am Schluß kam alles wieder in den Blechwickel von 2004.
Vorher habe ich aber einen Schmelztest gemacht, um nicht wieder so ein Fiasko wie mit der Glasfaser zu erleben. Während letztere sich in der Flamme einer Lötlampe sofort zu gelbglühenden Kugeln zusammenzieht, leuchtet die Keramikfaser nur weiß. Nach dem Abkühlen ist sie noch genauso strohig-geschmeidig wie vorher.
ofen3.png
Da ist das Öfchen zusammengebaut im Testbetrieb. Unten drunter liegen zur Isolierung Reste des Keramikfaserzeugs, und eine Alufolie als Schutz vor IR-Strahlung (wie oben schon). Das Ergebnis war absolut faszinierend. Schon bei 2A Heizstrom (entspricht hier etwa 40W Heizleistung) steigt die Temperatur im Inneren nach etwa 45min. Heizzeit auf 950° an. Das spricht natürlich für die Isolierung. Das Beste ist dabei, daß nichts anfängt zu stinken.
Die Rohrenden sind mit kleinen Resten Keramikfaser verstopft, und drin steckt nur mein 1100°-Fühler für die Messung. Wer genau hinsieht, merkt auch, daß das klare Quarzrohr als Lichtleiter funktioniert und die Glühfarbe der Drahtwicklung außen anzeigt. Für eine alte Gaslöterin wie mich ist das genau wie bei einer Kathode ein wichtiges Hilfskriterium. ;)

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Re: Ofen für Metalldampflaser

Beitrag von VDX » Do 11 Dez, 2014 7:29 am

Hi Medusa,

... du kannst die 'alte' Idee mit der Glaswolle als Isolator immer noch machen, wenn du über die Spirale noch ein passend dickeres Quarzglas-Rohr schiebst :wink:

Ich habe irgendwo noch die Innereien eines Toasters, der statt der üblichen freifliegenden Drahtwindungen auf jeder Seite einen Quarzglas-Stab mit eingegossener Glühwendel und für die homogene Verteilung über die Toast-Oberfläche jeweils einen aus spiegelglatt poliertem Blech gebogenen Reflektor dahinter hat.

Für die perfekte Verteilung der Windungen kannst du eine Gewindestange aus einem 'Opfermaterial' drehen lassen und den Draht ins Gewinde reinlegen, ins äußere Rohr einsetzen/einkleben und dann je nach Vorfertigung die Gewindestange rausdrehen oder rausbrennen ... dann kannst du evtl. sogar auf das innere Glasrohr verzichten :freak:

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Re: Ofen für Metalldampflaser

Beitrag von medusa » Do 11 Dez, 2014 12:48 pm

Jetzt is' ja schon fertig, aber ein paar interessante Ideen hattest Du schon. ;)

Mir war bei der Geschichte wichtig, daß das möglichst einfach und robust geht. Die Keramikfaser hält innen drin alles ziemlich gut zusammen, da bewegt sich nichts mehr. Und die Teile im Inneren haben jetzt alle eine Temperaturbeständigkeit von weit über 1000°, damit bin ich auf der sicheren Seite.
Glaswolle funktioniert noch aus einem anderen Grund nicht gut. Die übliche Sorte aus dem Baumarkt ist mit Phenolharz verklebt (daher die gelbliche Farbe), das bei höheren Temperaturen erheblich zu stinken anfängt und irgendwann auch verbrennt, bevor die Glasfasern dann schlußendlich schmelzen. Das ist eine ziemliche Sauerei.

Einen Ofen nur aus Quarzheizstäben und Reflektoren halte ich aus anderen Gründen nicht für mich geeignet. Da drin entwickelt sich erhebliche Konvektion, die dann die Oberseite des Ofens über Gebühr erhitzt (das war bei dem offenen Vorglühen gut zu merken). Folge: Verbrennungsgefahr für die Fingerchen und Energieverluste.

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Re: Ofen für Metalldampflaser

Beitrag von LaserHV » Do 11 Dez, 2014 6:53 pm

Tolle Arbeit! Richtige Selbstbaulaser sind selten geworden.
Eine interessante Umsetzung der Wärmeisolierung. 40W für 950°C sind beeindruckend und klar der Y-Tong- Variante überlegen :)
In den nächsten Monaten werde ich auch ein bisschen Senf dazugeben können. Vergangenen Oktober habe ich auch ein paar Versuche in Richtung Metalldampflaser- genauer Mangandampflaser- unternommen, leider nur teilweise erfolgreich.
Das Ding funktioniert, ich konnte immerhin alle Betriebsparameter ermitteln, bevor es die Einschaltstrombegrenzung des Heiztrafos zerschossen hat. Es steht also eine Überarbeitung an. :mrgreen:
Danke für die Anregung zum Ofen!
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Beste Grüße, C.

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Re: Ofen für Metalldampflaser

Beitrag von VDX » Fr 12 Dez, 2014 7:53 am

... hat hier evtl. jemand auch Erfahrung mit DIY-Excimer-Lasern?

Ich habe über die letzten 30 Jahre immer wieder mal was in Richtung nanoscale Oberflächenbearbeitung mit komerziellen Lasern gemacht ... mir sind die aber deutlich zu groß (und auch viel zu teuer in Anschaffung und Betrieb), um mir einen in den Keller zu stellen :freak:

Ein Bekannter am LZH wollte um 2000 herum eine 'Desktop'-Version für einen Materialpreis von unter 5kDM entwickeln, von dem habe ich seitdem aber auch nichts mehr gehört :?

Viktor
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Re: Ofen für Metalldampflaser

Beitrag von medusa » Fr 12 Dez, 2014 1:21 pm

@laserHV

da hast Du Dich aber ziemlich an das Vorbild gehalten (was nicht schlecht sein muß). Mein Hauptgedanke war, daß ein MVL eine leicht zu tauschende Bore haben muß, denn man wird a) relativ schnell das Metall da drin abkratzen/zurückschieben, b) auch mal andere Metalle als die erste Wahl Blei versuchen und c) hoffnungslos versaute Bores auch schnell tauschen können müssen/wollen. Also ich zumindest.
Deswegen die Röhre mit den Quetschverschraubungen, und ein separates Ofenmodul, durch das die Quarzbore später geführt und mit Keramikfaser isoliert wird.
Aus diesem Grund hab ich den Ansatz mit dem Heizdraht direkt auf der Bore und dem Ytong verworfen. Ytong zerbröselt auch in der Hitze schnell. Such mal in den Hobbytöpfer- und Chemieforen nach Leuten, die ihre Öfen selber bauen.
Die Ofenheizung mußt Du auch nicht mit einem Trafo machen. Ich verwende im Moment noch einen Dimmer dafür, das geht zum testen gut. Später werde ich da einen Trafo reinsetzen, weil sich das dann feiner regeln läßt.

@Viktor
Excimer sollte grundsätzlich relativ einfach sein, die sind im Prinzip genau wie ein N2-Laser aufgebaut. Zur Stabilisierung haben sie meist noch eine Vorionisation (Elektroden mit dauernder Koronaentladung nahe der Kathodenseite). Allerdings ist das Hantieren mit Halogenen nicht mein Fall, selbst wenn man "nur" Chlor dafür nimmt. Mir ist in jungen Jahren mal eine Gaserzeugungsanlage für Chlor durchgegangen, das wär beinahe schiefgegangen.
Da Du wahrscheinlich eine etwas haltbarere Ausführung willst, kannst Du nicht alle Materialien für Röhre und Elektroden nehmen. Teflon und Edelstahl oder so. Nicht einfach zu verarbeiten.

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Re: Ofen für Metalldampflaser

Beitrag von VDX » Fr 12 Dez, 2014 1:34 pm

Hi Medusa,

... einen N2-Laser mit 337nm und 200ps-Pulsen bei bis zu 400kW Puls-Spitzenleistung habe ich da - nur ist das, was da vorne rauskommt kein wirklicher Laserstrahl, sondern ein 'superluminanter Linienstrahler' ohne eine nennenswerte Kohärenz, so daß die Fokus-Abbildung nur bedingt für die Mikromaterialbearbeitung geeignet ist :?

Anbei ein paar Bilder von Nailhead-Modulen, die ich mit einem Excimer-Laser habe machen lassen -- da kannst du gut die Detailauflösung bis in den sub-µ-Bereich sehen ... mit dem N2-Laser bin ich da 2 Größenordnungen drüber :roll:

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Re: Ofen für Metalldampflaser

Beitrag von medusa » Mo 15 Dez, 2014 12:32 pm

200ps sind ja nur ein 6cm langes Stück Laserlicht (solange es durch stimulierte Emission erzeugt wurde, nenne ich es so, unabhängig von der "Qualität")... kein Wunder, daß das nicht gut kollimiert. Niederdruck-N2 haben da schon andere Pulslängen, mit denen sich mehr anfangen läßt.
Aber wir gehen OT.

~m.
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Re: Ofen für Metalldampflaser

Beitrag von VDX » Mo 15 Dez, 2014 1:19 pm

... ich muß irgendwann mal ausprobieren, was der mit einer Fokussierlinse oder Hohlspiegel-Fokussierung durch eine Maske hindurch oder über einen DMD-Chip (wenn der das auf Dauer übersteht :? ) auf einen Fleck von 1-2mm Breite mit der Oberfläche macht :freak:

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Re: Ofen für Metalldampflaser

Beitrag von LaserHV » So 01 Mär, 2015 10:47 pm

Das Mangandampflaser-Projekt ist fortgeschritten. Der provisorische Aufbau hat seinen Zweck erfüllt.

Y-Tong Isolierung ist so halb- brauchbar. Ganz recht, sie zerfällt mit der Zeit.
ytong.JPG
Sonst braucht man aber nicht so extrem viel Heizleistung wie gedacht. Ich habe eine etwa 20cm lange Zone mit 600W (100V, 6A) geheizt, das war schon zu viel. Nach 20 Minuten ist das Quarzglasrohr zusammengefallen. Falls sich jemand fragt wie das aussieht:
meltdown.JPG
Sonst hat der Laser problemlos funktioniert. Etwa 15kV an die Kondensatoren (4nF direkt über die Laserröhre) und irgendwas zwischen 30Pa und einigen kPa Helium und das Teil rennt.
spot.JPG
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