Vergleich verschiedener Laserdioden-Typen und Gehäuse

[ASZ]

Bist du im Sternenfieber, Viktor?
Was mir auffällt sind deine schönen Schnittkanten. Die sind bei mir schwarz. Was machst du anders? Schreib doch mal etwas zu deinen Einstellungen bitte.

[VDX]

Hi Achim,

Bist du im Sternenfieber, Viktor?

... eine Bekannte mit Ladengeschäft hat heute Abend "Schaufenster" im "lebendigen Adventskalender" - da habe ich ihr ein paar Sterne als give-aways gelasert ... die Stege/Spacer sind fürs Zusammenkleben, je 6 pro Schneeflocke ... ein paar habe ich als Muster aufgebaut, den Rest sollen ihre Kinder selber zusammenkleben

Was mir auffällt sind deine schönen Schnittkanten. Die sind bei mir schwarz. Was machst du anders? Schreib doch mal etwas zu deinen Einstellungen bitte.

... damit das nicht so verkohlt und zuschmaucht, reduziere ich die Puls-Zeiten auf bis zu 5 Mikrosekunden (max-Zeiten fürs Schneiden bis zu 400µs!) - das war überhaupt der Grund, warum ich seinerzeit (um 1990 herum) mit den geschwindigkeitsabhängigen "Puls-Generatoren" angefangen hatte

Schneiden geht einfach - je mehr Leistung, umso schneller ... wenn's zu stark schmaucht, kannst du dann entweder die Leistung reduzieren, oder die Geschwindigkeit erhöhen.

Beim Gravieren von empfindlichen Oberflächen wird's dann schwieriger ... auch mit der Leistungsanpassung an beschleunigte Bewegungen, damit die Enden und Ecken nicht so ausbrennen

Da kommt dann meine Art der Erzeugung von Pulsen aus der Bewegung heraus ins Spiel, ohne daß die Steuerung sich darum zu kümmern braucht

Beim Gravieren fahre ich mit der großen CNC-Anlage (MiniFlat-Umbau) mit bis zu 50mm/s (3m/min) ... beim Schneiden mit längeren Pulszeiten reduziere ich die Geschwindigkeit dann bei ganz schwer zu schneidenden Materialien manchmal auf bis zu 2mm/s (120mm/min).

Beim Faserlaser und mit einer der Galvoscanner-Anlagen geht's dann auch mal in Richtung 1m/s bis 10m/s Graviergeschwindigkeit und Pulszeiten runter bis zu ein paar zig Nanosekunden ... das ist aber eine ganz andere Geschichte

Viktor

[tschosef]

.... sehr spannend !!!! nice, weiter so . .

[VDX]

... hier mal ein Test mit einem der CW-Faserlaser mit "nur" 25W auf verzinktes Eisenblech:

https://vimeo.com/195822668

Viktor

[VDX]

... weil ich zum Faserlaser-Test auch hier eine Anfrage zum "Ergebnis" hatte, zitiere ich einfach meine Antwort aus dem RepRap-Forum zur gleichen Frage:

Leider sieht man ziemlich schlecht was mit dem Material passiert.
Ab wieviel Watt würde denn trennen gehen?

... die Gravierspur wäre mit der Handy-Kamera auch kaum zu sehen - dafür bräuchte es schon eine Mikroskop-Kamera ... der "ideale" Spot mit dieser Fokussierlinse ist etwa 0.02mm breit und die Gravierbahn etwa das Doppelte plus die oxidierten Ränder - also etwa 0.06mm breit und auch etwa so tief.

Ich will hier aber auch gar nicht so ins Detail, weil das ein Vortest für ein Kunden-Projekt war und ich auch die eigentlichen Teile nicht zeigen darf ... die Videos von den Versuchen werde ich auch nicht bei Vimeo reinstellen

Hier aber mal ein Bild von einer nicht ganz so perfekten Gravierspur als "Anschlag" zum Ausrichten, bei der ich nicht im Fokus war, sondern etwas weiter weg (minus Materialdicke):

Faserlaser 25W - Anschlag-Linie.jpg

Im oberen Bereich sind die Schmauchspuren von der blauen 3W-Diode zu sehen -- die dickeren hellbraunen vom Schaumstoff-Schneiden mit Fokus etwa 5mm über der Platte, die dünneren dunkleren vom Karton-Schneiden mit Fokus etwa 0.3mm über der Platte.



Zum Trennen/Schneiden von Stahlfolie bis etwa 0.3mm Stärke würde das bei diesem Laser schon mit 25W reichen, allerdings in mehreren Durchgängen - der Laser kann bis max. 85W CW, damit kann ich bis etwa 0.5mm mit einem Durchgang, wenn ich Sauerstoff in den Spot blase.

Ansonsten haben wir für 2mm Edelstahl Faserlaser mit 500Watt verbaut ... für Stahlplatten (Stahlfolien) kann ungefähr die doppelte Stärke angesetzt werden, weil das mit Sauerstoff besser wegbrennt ...

*** EDIT***
... ich seh' gerade - diese beiden scharf begrenzten dunklen Flecke knapp oberhalb der gravierten Linie und dem Edding-Strich sind ebenfalls mit dem Laser "schraffiert" - das dürfte mit 75W gewesen sein, also etwas tiefer, als die mit 25W gravierte Linie, aber auch nicht viel tiefer ... dafür sind die einzelnen Linien mehr zusammengeschmolzen ...

Viktor

[VDX]

... meine Frau wollte ein paar "lokale" Weihnachtssterne für die frankfurter Verwandschaft - wenn's geht, was mit 3D und Beleuchtung

Um das auszuprobieren, habe ich eine Postkarte vom "Eisernen Steg" in Frankfurt am Main nachgezeichnet und als 3D-Szene aufgepeppt.

Für einen schnellen Test habe ich das erstmal ohne Beleuchtung aus goldfarbenem Tonkarton gelasert und zusammengeklebt - die "richtigen" Teile sollen dann aus Sperrholz und größer werden, damit eine oder mehrere Birnchen reinpassen.

Weil das "3D" im Foto nicht so rüberkommt, hier zwei Aufnahmen aus verschiedenen Winkeln:

Eiserner Steg 1.jpg

Eiserner Steg 2.jpg

Viktor

[murmeljoe]

Sehr geil!

[VDX]

... es gab allerdings auch schon wieder Kritik - für die "alten Krüstchen" sind die Details viel zu fein, "man erkennt ja gar nichts"

Jetzt heißt's erstmal besser erkennbare Vorlagen zusammensuchen ...

Viktor

[schobi]

Tolles Ergebnis! Welche Größe hat ein einzelnes von den vielen Fenstern in den Häusern?
Die dunkle Färbung im Wappen und auf der Brücke entsteht einfach durch ankokeln, also schnelles drüberfahren?

Gruß Tobias

[VDX]

Hi Tobias,

die kleinen Fensterchen sind etwa 0.2 x 0.3mm groß, der innere Kreis hat 100mm Durchmesser, der Stern insgesamt von Spitze zu Spitze 200mm.

Und ja, die "gravierten" Details werden durch kürzere Pulse und schnelleres Drüberfahren (=geringere Effektivleistung) erzeugt, die Schnitte durch etwas längere Pulse und langsameres Drüberfahren - die CW-Leistung ist gleich, etwa 3 Watt.

Die dunkle Farbe der Brücke kommt zum Teil aber auch durch den Winkel zum Blitz, so daß mehr wegreflektiert wird.

Damit das beim Schneiden die Oberfläche nicht zukokelt, fahre ich nicht mit der maximal möglichen Effektiv-Leistung, sondern mit etwa 40% und dafür mit 3 Durchgängen ... sonst schmaucht das viel zu stark ...

Viktor

[Hatschi]

Ja aber wirklich Viktor, da könntest du dich schon ein bißchen mehr bemühen!

Ich hoffe du bringst mal auf einem LaserFreakTreffen einiges an Anschauungsmaterial mit.
Also ich meine den Laser direkt selbst vorführen...

[VDX]

... das ist schon eingeplant

http://laserfreak.net/forum/viewtopic.php?f=10&t=57517

Viktor

[fesix]

So, dann mach ich hier auch mal mit

Hatte mal für wen einen Grafikprojektor mit 500mW BluRay gebaut und mal testweise etwa 10cm nach Scannern auf eloxiertes Alu im Fokus geschossen, ein mal Grafik abfahren hat etwa eine halbe Minute gedauert

[VDX]

... hattest du nachgemessen, wie breit eine Gravierspur ist?

Ich habe mit den 445nm-Dioden ab 150mm Fokusabstand eine deutliche Linie statt einem Punkt (ca. 0.1 x 0.3mm), so daß das im Fokus graviert so aussah wie mit einem Kalligrafie-Stift (in X und Y unterschiedlich breite Linien) und ich das dann auf etwa 0.25mm "defokussieren" mußte, damit das gleichmäßig wurde

Viktor

[fesix]

Nein, ich wüsste nicht wie ich das messen sollte

[VDX]

... leg was mit bekannter Breite neben die Gravierspur, dann kannst du es mit einer Lupe oder Stereomikroskop vergleichen - so komme ich auf eine etwa auf +/- 5µ genaue Abschätzung.

Für genauere "manuelle" Messungen habe ich fein geätzte oder bedampfte Glas-Maßstäbe mit 10µ Teilung, da geht das schon bis zu etwa +/-2µ genau.

Und mit einer Mikroskop-Kamera aoder auch mit einer USB-Kamera mit Mikroskop-Aufstaz komme ich mit den kalibrierbaren Meßprogrammen auch bis knapp unter 1µ, wenn's mal wirklich super-genau sein muß ... ansonsten gibt's irgendwann mal wieder einen Besuch bei meinem Kumpel mit dem Elektronenmikroskop im Keller

Viktor

[tschosef]

mit dem Elektronenmikroskop im Keller

ja geil . . . einer durchgeknallter als der andere....

viele Grüße
Erich

[VDX]

... mein Keller war halt schon zu voll bzw. hätte meine Frau ihr Veto eingelegt ... hab' schon den Industrie-Roboter der letzten Firma überlassen, weil er zu groß für den Keller war und ich ihn nicht auf die Terrasse oder in den Garten stellen durfte

Viktor

[jojo]

Bei kleineren oder flachen Gegenständen kann man sich auch mit einem Flachbettscanner behelfen.
Einfach mit bekannter Auflösung scannen und dann die Pixel zählen.
Ich mach das bei meinem Laserbelichter um die Auflösung zu messen.
Bei 9600 DPI kommt man immerhin auf 2,6um pro Pixel, bei 2540 DPI auf 10um.

Gruß

Joachim

Testergebnis_Grid.JPG

[fesix]

@Joachim: Stimmt, gar keine schlechte Idee, nur leider läuft der einzige Scanner den ich noch habe nicht mehr unter Win7

@Viktor: Hab ganz vergessen dass ich ja so eine chinesische USB "Mikroskop"-kamera habe
Laut beigelegterFolie mit 1/10mm Teilung ist die Gravurbreite etwa 50µ, genauer kann ich das nicht ablesen da.

[VDX]

... hier mal ein paar Bilder mit einer von den chinesischen Billig-Mikroskopkameras und einem Glasmaßstab mit 0.1mm-Teilung.
Im rot markierten Bereich beim ersten Bild ist noch ein 0.2mm breiter Bereich mit 0.01mm Teilung, den kann diese Kamera aber nicht mehr auflösen

... das ist eine Gravur mit einer blauen 3.5W-Diode in goldfarbenem Tonkarton mit etwa 200µ breiter Linie (etwas 'defokussiert, damit das in X und Y gleich breit wird - sonst wird der Spot eine Ellipse mit etwa 50x150µ):

Mikroskopkamera1.jpg

... und hier ein älterer Lasergravier-Test mit eine blauen 1W-Diode auf weiß beschichtetem schwarzem Kunststoff, bei der ich wegen deutlich besserem Spot nicht mehr defokussieren mußte - die Linie ist etwa 70µ breit:

Mikroskopkamera2.jpg

Viktor

[VDX]

... die BluRay-Dioden sind 405nm-Laserdioden mit deutlich besserer Strahlqualität als die 445nm-Multimode-Dioden - die Frage ist nur, warum die 500mW-BluRay-Diode, die eigentlich auch eine Multimode-Diode sein dürfte, bei 100mm noch so gut fokussiert?

Wie schon beim Unterschied zwischen den blauen 1W- und 3.5W-Dioden zu sehen ist -- mit höherer Leistung wird die Spot-Geometrie immer schlechter

Bei meinen Versuchen mit einer 445nm-2W-Diode und Galvo habe ich bei 150mm Fokusabstand nur noch eine Linie mit 100x300µ gehabt - die 3.5W und noch schlimmer die 6W-Dioden werden dann immer breiter, so daß mit denen kein Gravieren über Galvo möglich ist

Viktor

[jojo]

Mit einer einfachen Kollimatorlinse geht das mit Galvo natürlich nicht, weil Deine Schärfentiefe bei einer Linsenbrennweite von ein paar Millimetern zu gering ist.
Man bräuchte zunächst eine Strahlkorrektur über Prismen oder Zylinderlinsen und dann eine Strahlaufweitung.
So dass Du einen relativ fetten Strahl (vielleicht 6-8 Millimeter) aber guter Divergenz hast.
Diesen kannst Du dann über eine weitere Linsenkombination relativ langbrennweitig fokussieren und hast dann auch eine brauchbare Schärfentiefe bei relativ kleinem Spot.
Noch besser ist natürlich eine F-Theta Linse.

Achja und wegen "405nm besser als 445nm" hängt auch mit dem Gesetz zusammen, dass sich kurzwellligeres Licht besser bündeln lässt.
Der Formel für den Fokuspunkt liegt ja die Wellenlänge zugrunde.
Ich sehe bei meinem Belichteraufbau schon einen großen Unterschied zwischen der roten 638nm Diode und der grünen 520er.
Die grüne macht einfach einen kleineren Spot. Die blau natürlich noch kleiner.
Obwohl alle singlemode sind.

Gruß

Joachim

[VDX]

Hi Joachim,

bei meinen Galvo-Tests hatte ich zuerst ausprobieren wollen, was mit den günstigen China-Galvos mit 6mm-Spiegelchen überhaupt geht ... nicht viel

Dann habe ich den Strahl immer mehr aufgeweitet und mußte entsprechend auch größere Galvo-Spiegel aufkleben - bis 15x15mm ging es noch ganz gut - ich mußte nur die Ablenkgeschwindigkeit entsprechend reduzieren, bei 20x20mm fingen die dann an "chaotisch" zu resonieren.

Da ich damit nicht nur mit den Dioden, sondern auch mit einem modulierbaren CW-Faserlaser scannen wollte, habe ich das mit dem Teil auch laufen lassen - der hat mir auch bei 20mm bei Leistungen über 15W die Spiegel zerschossen

Am Ende habe ich die Galvos durch Maxxon-Servos ersetzt und 40x45mm Spiegel draufgesetetzt - die konnten dann bis 40W CW-Leistung ... die blauen Dioden selbst mit Strahlkorrektur waren aber auch damit nicht wirklich vergleichbar -- mit dem Faserlaser ein Spot von etwa 30µ, mit der blauen 2W-Diode etwa 200µ

Wie gesagt, das waren Tests, was mit dem Billig-Kram (bis auf den Faserlaser) so möglich ist ... den Aufbau habe ich dann in meiner vorigen Firma gelassen, als ich gewechselt habe ... der sammelt da seitdem Staub ...

Für mich selber habe ich auch "richtige" Galvoköpfe aus NdYAG-Laserbeschriftern mit dielektrischen 30mm-Spiegeln und F-Theta-Linsen mit 100x100 und 250x250 Arbeitsfeld

Und irgendwo im Keller liegen noch die Innereien aus einem SLA-Gerät von 3D-Systems - die hatten da einen HeCd-Laser drin und einen Galvo-Kopf mit F-Theta-Optik für UV mit etwa 300x300mm Arbeitsfeld ... bei Gelegenheit schaue ich mal, ob ich das mit einer BluRay-Diode und einem neuen Controller (E1701A von HAlaser) wieder reaktiviere ...

Viktor

[fesix]

@Jojo: Klar, das ist ein bekanntes Problem, ich war selber erstaunt wie gut das ging trotz einfacher Fokussierung vor der Diode, ein Unterschied ist über die gesamte Belaserung nicht zu sehen.

[VDX]

... hab' jetzt den "Eisernen Steg mit Dom" etwas angepaßt und größer aus Sperrholz gelasert - mal schauen, ob das jetzt besser ankommt

Dom und Eiserner Steg 1.jpg

Dom und Eiserner Steg 2.jpg

Viktor

[ASZ]

Süsser die Laser nie klingen, als in der Weihnachszeit.....
Schöne Arbeit Viktor! Frohe Weihnachten nach Hessen!

[VDX]

... Danke! - euch auch allen noch schöne Restfeiertage und einen Guten Rutsch ins Neue Jahr!

Viktor

[VDX]

... für eine alte Freundin aus Bad Orb:

Schneeflocke - Bad Orb.jpg

Viktor

[VDX]

... da unsere Partner-Firma mit der Entwicklung eines "proffessionellen" Laserdiodenmoduls (bzw. mit dem schnellen Schalten von Strömen mit 10A bei bis zu 200kHz oder 5µs Impulsbreite) nicht richtig klarkommt, habe ich mein "Provisorium" redesignt und leichter bestück- und einbaubar gemacht (die nächste Version wird evtl. mit SMD-Bauteilen nochmal deutlich kleiner werden).

Hier im Bild - oben meine erste "provisorische" Variante von vor 3 Jahren, die ich damals auch in Endkundengeräte verbaut habe, darunter die neue Version mit einem Nanite841 statt ArduinoPro-Clone für die Pulsformung und Leistungsanpassung:

Neues Lasermodul.jpg

Mit dieser Beschaltung und rein passiver Kühlung schalte ich bis 9Ampere (bzw. bis 25Watt Laserleistung) von CW bis 100kHz oder kleinere Ströme bis 500kHz ohne größere Über-/Unterschwinger beim An-/Abschalten der Leistung (scheint dabei wohl das größte Problem zu sein).

Bei Belastungstests habe ich mit "Verstärkung" der stromführenden Leitungen aber auch schon bis zu 30 Ampere mit kurzpuls-PWM bei 1:10 Ratio geschaltet, ohne daß das überhitzt hat ... bei 60A wurde es dann doch etwas heißer ... bei 80 Ampere hat's dann trotz mittlerer Kühlkörpertemperatur von nur 40°C die Gehäuse der MOSFET's geschmolzen

Die MOSFET's sind (mit guter Kühlung) bis 170A Puls- bzw. 95A CW-Belastung spezifiziert ... bei über 40A scheint aber nur Aufschrauben auf Kühlkörper nicht mehr zu reichen

Viktor

[ASZ]

Chickes Design, Viktor!
Sieht aus, als hättest du statt 10-Gang-Poti umschaltbare Pulsraten eingebaut?
Und den Zweck des Transistors kann ich garnicht ahnen...
Sieht alles sehr übersichtlich aus!

Gruß Achim

[VDX]

... nein, der 10gang-Poti ist noch drin - da sind die Vorwiderstände und der Doppel-OP noch nicht bestückt.

Der kleine Transisitor war vorher auch schon drin - ist für eine spezielle Modulations-/Regelmethode zur Stromanpassung

Alles andere per Software oder Digital- und Analog-Signale über den 15pol-Stecker ...

Viktor

[ASZ]

Den Laserstrom hast du aber nach wie vor fix eingestellt?
Gruß Achim

[VDX]

... wie's ausschaut, ist der Nanite841 auch so empfindlich gegen "EMP's" (ElektroMagnetische Pulse bzw. Hochlast-Übersprechen), wie der Nanite85 - wenn ich den Strom auf knapp 3A erhöhe, habe ich eine gute Chance, daß der Bootloader von dem Chip gelöscht wird

Bei den Wattuinos habe ich das Problem nicht, also habe ich den kleinen Nanite841 wieder durch den größeren (robusteren) Wattuino (bzw. ArduinoPro-Clone) ersetzt.

Damit komme ich ohne Probleme auf Ströme bis über 10A und Pulse bis 1µs, ohne daß der Prozessor das Programm "vergißt"

Anbei ein Bild von dem neuen Modul:

Lasermodul V7.jpg

... und die Signalform bei einer Einstellung von 1.6A (gemessen Spannungsabfall von 160mV an einem 0.1-Ohm-Widerstand) und 10µs-Pulsen alle 70µs:

1600mA_10us.jpg

Viktor

[VDX]

... und so schaut das Signal bei 12 Ampere (1.2V an einem 0.1-Ohm-Shunt) und 25µs Pulslänge aus:

12A_25us.jpg

Die Pulszeit kann auch beliebig länger sein (bis CW) ... und der Strom bis zur Zerstörgrenze der MOSFET's (Pulsbelastung bis 200A, aktuelles 10A-Netzteil schafft trotz Puffer-Kondensatoren aber nur bis max. 40A), dann werden die kleinen Kühlkörper an den MOSFET's aber auch ziemlich schnell heiß

Viktor