Лазерные диоды — ранее изготовление лазеров было связано с большими трудностями, так как для этого необходим маленький кристалл и разработка схемы для его функционирования. Для простого радиолюбителя такая задача была невыполнимой.

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

Для этого нужно обеспечить вспомогательную защиту от всплесков напряжения высокой частоты.

Стабилизатор и резистор создают блок предотвращающий перепады тока. Для выравнивания напряжения применяют стабилитрон. Емкость предотвращает возникновение скачков напряжения высокой частоты. При правильной сборке обеспечивается стабильная работа лазера.

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.

Диодные сборки и одиночные матрицы
Совокупной мощностью от 40 до 4500 Вт

В нашей компании представлены горизонтальные и вертикальные диодные сборки с кондуктивным, микроканальным или водяным охлаждением, работающие в непрерывном или квазинепрерывном режиме.

Спецификации, фотографии и цены конкретных моделей запросите по кнопке ниже:

Сделать запрос

Одиночные диодные матрицы

Свяжитесь с нами,

сделав запрос с сайта:

Сделать запрос

Лазерные диодные матрицы высокой мощности с кондуктивным охлаждением широко используются для накачки в DPSS лазерах, в медицине и эстетике, а также в лябораторных исследованиях. Мы поставляем диодные матрицы с непрерывной и квазинепрерывной накачкой.

Возможности:

Лазерные диодные матрицы: 20Вт~100Вт с непрерывной накачкой и 85Вт~300Вт с квазинепрерывной накачкой

Доступные длины волн: 795nm, 808nm, 940nm, 976nm, 1064 (+/-3nm, +/-5nm, +/-10nm)

Доступные типы корпусов: CS-Mount, Narrow CS-Mount, W2

Доступные типы поляризации: TM & TE

Долгий срок службы > 10,000 часов

Вертикальные диодные сборки, кондуктивное охлаждение

Свяжитесь с нами,

сделав запрос с сайта:

Сделать запрос

Вертикальные лазерные диодные сборки высокой мощности с кондуктивным охлаждением широко используются для накачки в Nd:YAG-лазерах, чтобы получить высокую энергию в импульсе в квазинепрерывном или импульсном режиме.

Возможности:

Мощность (квазинепрерывная накачка): 100-300 Вт с одной матрицы, 1~100 матриц в сборке

Метод сборки: вертикальная, горизонтальная, 2D

Долгий срок службы > 1 млрд импульсов

Возможно исполнение в корпусе на заказ

Диодные сборки, микро-канальное охлаждение (MCCP)

Свяжитесь с нами,

сделав запрос с сайта:

Сделать запрос

Корпусе с микро-канальным охлаждением (Micro-Channel Cooler Package - MCCP) предназначен для диодных матриц высокой мощности - до 100 Вт с непрерывной накачкой. Микро-канальный охладитель (МСС или MC2) является высокэффективным теплоотводом, это позволяет обеспечить более 1 кВт мощности при непрерывной накачке от одной диодной сборки. Испульзуются для термообработки в промышленности - закалки металла, лазерной плавки, резки, сварки и т.д. Они также широко используются в аппаратах для удаления волос.

Возможности:

Мощность (непрерывная накачка): 60-100 Вт с одной матрицы, 1~20 матриц в сборке

Метод сборки: вертикальная, горизонтальная

Шаг между матрицами: ~2,0 мм

Быстрая коллимация осей опционально

Долгий срок службы > 10,000 часов

Возможно исполнение в корпусе на заказ

Диодные линейки (горизонтальные сборки), водяное охлажение

Свяжитесь с нами,

сделав запрос с сайта:

Сделать запрос

Диодные линейки с водяным охлажением (горизонтальные сборки) предназначены для боковой накачки в Nd:YAG-лазерах с простыми электрическими разъемами и подводом/отводом воды. Горизонтальные диодные сборки являются ключевыми копонентами для лазерных модулей с непрерывной или квазинепрерывной накачкой, также широко используются в ремонте для замены излучателя.

Возможности:

Мощность (непрерывная накачка): 20-40 Вт с одной матрицы, 1~20 матриц в сборке

Мощность (квазинепрерывная накачка): 100-300 Вт с одной матрицы, 1~20 матриц в сборке

Не секрет, что каждому из нас в детстве хотелось иметь такое устройство, как лазерная установка, которая могла бы разрезать металлические уплотнения и прожигать стены. В современном мире эта мечта легко воплощается в реальность, поскольку теперь можно соорудить лазер с возможностью резки различных материалов.

Разумеется, в домашних условиях невозможно изготовить настолько мощную лазерную установку, которая будет прорезать железо или дерево. Но при помощи самодельного устройства можно резать бумагу, полиэтиленовое уплотнение или тонкий пластик.

Лазерным устройством можно выжигать различные узоры на листах фанеры или на дереве. Оно может использоваться в качестве подсветки объектов, расположенных в удаленной местности. Область его применения может быть как развлекательной, так и полезной в строительных и монтажных работах, не говоря о реализации творческого потенциала в сфере гравировки по дереву или оргстеклу.

Режущий лазер

Инструменты и принадлежности, которые потребуются для того, чтобы изготовить лазер своими руками:

Рисунок 1. Схема лазерного светодиода.

• неисправный DVD-RW привод с рабочим лазерным диодом;
• лазерная указка или портативный коллиматор;
• паяльник и мелкие провода;
• резистор на 1 Ом (2 шт.);
• конденсаторы на 0,1 мкФ и 100 мкФ;
• аккумуляторы типа ААА (3 шт.);
• маленькие инструменты типа отвертки, ножика и напильника.

Этих материалов будет вполне достаточно для предстоящих работ.

Итак, для лазерного устройства в первую очередь необходимо подобрать DVD-RW привод с поломкой механического характера, поскольку оптические диоды должны быть в исправности. Если у вас отсутствует износившийся привод, придется приобрести его у людей, которые продают его на запчасти.

При покупке следует учитывать, что большинство приводов от производителя Samsung являются непригодными для изготовления режущего лазера. Дело в том, что эта компания выпускает DVD-приводы с диодами, которые не защищены от наружного воздействия. Отсутствие специального корпуса означает, что лазерный диод подвержен тепловым нагрузкам и загрязнению. Его можно повредить легким прикосновением руки.

Рисунок 2. Лазер из DVD-RW привода.

Оптимальным вариантом для лазера будет привод от производителя LG. Каждая модель оснащается кристаллом с различной степенью мощности. Этот показатель определяется скоростью записывания двухслойных DVD-дисков. Крайне важно, чтобы привод был именно записывающим, поскольку в нем содержится инфракрасный излучатель, который нужен для изготовления лазера. Обычный не подойдет, так как он предназначен только для считывания информации.

DVD-RW со скоростью записи 16Х оснащен красным кристаллом мощностью 180-200 мВт. Привод со скоростью 20Х содержит диод мощностью 250-270 мВт. Высокоскоростные записывающие устройства типа 22Х оборудуются лазерной оптикой, мощность которой достигает 300 мВт.

Вернуться к оглавлению

Разборка DVD-RW привода

Этот процесс должен проделываться с тщательной осторожностью, поскольку внутренние детали имеют хрупкую структуру, их легко повредить. Демонтировав корпус, вы сразу заметите необходимую деталь, она выглядит в виде небольшого стеклышка, расположенного внутри передвижной каретки. Его основание и нужно извлечь, оно отображено на рис.1. Этот элемент содержит оптическую линзу и два диода.

На этом этапе сразу следует предупредить, что лазерный луч является крайне опасным для человеческого зрения.

При прямом попадании в хрусталик он повреждает нервные окончания и человек может остаться слепым.

Лазерный луч обладает ослепляющим свойством даже на расстоянии 100 м, поэтому важно следить за тем, куда вы его направляете. Помните, что вы несете ответственность за здоровье окружающих, пока такое устройство находится в ваших руках!

Рисунок 3. Микросхема LM-317.

Перед тем как приступить к работе, необходимо знать, что лазерный диод можно повредить не только неосторожным обращением, но и перепадами напряжения. Это может случиться за считанные секунды, поэтому диоды работают на основе постоянного источника электричества. При повышении напряжения светодиод в устройстве превышает свою норму яркости, вследствие чего разрушается резонатор. Таким образом, диод теряет свою способность к нагреву, он становится обычным фонариком.

На кристалл воздействует и температура вокруг него, при ее падении производительность лазера возрастает при неизменном напряжении. Если она превысит стандартную норму, резонатор разрушается по схожему принципу. Реже диод повреждается под воздействием резких перепадов, которые обуславливаются частыми включениями и выключениями устройства в течение короткого периода.

После извлечения кристалла необходимо моментально перевязать его окончания оголенными проводами. Это нужно для создания соединения между его выходами напряжения. К этим выходам нужно припаять малый конденсатор на 0,1 мкФ с отрицательной полярностью и на 100 мкФ с положительной. После этой процедуры можно снять намотанные провода. Это поможет защитить лазерный диод от переходных процессов и статического электричества.

Вернуться к оглавлению

Питание

Перед созданием элемента питания для диода необходимо учесть, что он должен подпитываться от 3V и расходует до 200-400 мА в зависимости от скорости записывающего устройства. Следует избегать подсоединения кристалла к аккумуляторам напрямую, поскольку это не простая лампа. Он может испортиться даже под воздействием обычных батареек. Лазерный диод является автономным элементом, который подпитывается электричеством через регулирующий резистор.

Система питания может быть налажена тремя способами с различной степенью сложности. Каждый из них предполагает подпитку от постоянного источника напряжения (аккумуляторы).

Первый метод предполагает регуляцию электричеством при помощи резистора. Внутреннее сопротивление устройства измеряется путем определения напряжения во время прохода через диод. Для приводов со скоростью записи 16Х вполне достаточно будет 200 мА. При повышении этого показателя существует вероятность испортить кристалл, поэтому стоит придерживаться максимального значения в 300 мА. В качестве источника питания рекомендуется воспользоваться телефонным аккумулятором или пальчиковыми батарейками типа ААА.

Преимуществами этой схемы питания являются простота и надежность. Среди недостатков можно отметить дискомфорт при регулярной подзарядке аккумулятора от телефона и сложность размещения батареек в устройстве. Кроме того, трудно определить нужный момент для подзарядки источника питания.

Рисунок 4. Микросхема LM-2621.

Если вы используете три пальчиковых батарейки, эту схему можно легко обустроить в лазерной указке китайского производства. Готовая конструкция отображена на рис.2, два резистора на 1 Ом в последовательности и два конденсатора.

Для второго метода применяется микросхема LM-317. Этот способ обустройства системы питания намного сложнее предыдущего, он больше подойдет для стационарного типа лазерных установок. Схема основывается на изготовлении специального драйвера, который представляет собой небольшую плату. Она предназначена для ограничения электротока и создания необходимой мощности.

Цепь подключения микросхемы LM-317 отображена на рис.3. Для нее потребуются такие элементы, как переменный резистор на 100 Ом, 2 резистора на 10 Ом, диод серии 1Н4001 и конденсатор на 100 мкФ.

Драйвер на основе данной схемы поддерживает электрическую мощность (7V) вне зависимости от источника питания и окружающей температуры. Несмотря на сложность устройства эта схема считается простейшей для сборки в домашних условиях.

Третий метод является наиболее портативным, что делает его самым предпочтительным из всех. Он обеспечивает питание от двух батареек ААА, поддерживая постоянный уровень напряжения, подаваемого на лазерный диод. Система удерживает мощность даже при низком уровне заряда в аккумуляторах.

При полной разрядке батарейки схема перестанет функционировать, а через диод будет проходить небольшое напряжение, которое будет характеризоваться слабым свечением лазерного луча. Этот тип подачи питания является самым экономичным, его коэффициент полезности действия равняется 90%.

Для реализации такой системы питания понадобится микросхема LM-2621, которая размещена в корпусе размером 3×3 мм. Поэтому вы можете столкнуться с определенными трудностями в период припаивания деталей. Конечная величина платы зависит от ваших умений и сноровки, поскольку детали можно расположить даже на плате 2×2 см. Готовая плата отображена на рис.4.

Дроссель можно взять от обычного блока питания для стационарного компьютера. На него наматывается проволока с сечением 0,5 мм с количеством оборотов до 15 витков, как это показано на рисунке. Дроссельный диаметр изнутри составит 2,5 мм.

Для платы подойдет любой диод Шоттки со значением 3 А. К примеру, 1N5821, SB360, SR360 и MBRS340T3. Мощность, поступающая к диоду, настраивается резистором. В процессе настройки рекомендуется соединить его с переменным резистором на 100 Ом. При проверке работоспособности лучше всего использовать изношенный или ненужный лазерный диод. Показатель мощности тока остается таким же, как и на предыдущей схеме.

Подобрав наиболее подходящий метод, можно модернизировать его, если у вас есть необходимые для этого навыки. Лазерный диод нужно размещать на миниатюрном радиаторе, чтобы он не перегревался при повышении напряжения. По завершении сборки системы питания нужно позаботиться об установке оптического стекла.

Небольшой обзор лазерного модуля на 1,5 китайских ватта, но при этом дешевого.
Подойдет для установки на 3Д принтер любого типа, а также для самодельных конструкций

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 (), 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 . Самый простой способ - использовать несколько отрезков конструкционного профиля, ролики, ремни. Вот есть , а вот тут - про 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 ( , и даже была статья про лазерный гравер ), 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 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 для питания диода.

Есть хороший третий способ : это покупка недорогого модуля лазерного диода, в гильзе, с линзой.
Вот варианты на , на , на .
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 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.

Итак, взял на попробовать вот
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




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

Для сравнения - диоды 300mW 808nm и радиатор для них

Параллельно проводил эксперименты с лотом
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

Для подготовки изображений к гравировке рекомендую использовать
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.
Обзор понравился +51 +78

Самосборный лазерный гравер/резак на основе 2,5 Ваттного лазерного модуля.
Если коротко – XY-кинематика, прошивка Marlin и лазерный модуль D8–L2500. Гравер получился что надо -умеет и выжигать, как точками, так и линией, а самое главное - резать!

Сразу напомню про ТБ: при работе с лазером используйте очки (специальные, с учетом длины волны лазера), не направляйте его в глаза. Лазер очень мощный - даже небольшое отраженное излучение может серьезно повредить сетчатку.

Итак, в последнее время я все бился над улучшением лазерного гравера Neje DK-5 с целью увеличения (в первую очередь) рабочей зоны и мощности для обработки различных материалов. В итоге, я пришел к тому, что проще сделать еще один, по образу китайских простеньких граверов на профиле.

За основу я взял китайский комплект на алюминиевом конструкционном профиле 2020 и 2040. Забегая вперед, я скажу, что практика показала – проще делать все на одинаковом профиле 2040, так как значительно повышается удобство монтажа и жесткость рамы (на двойной профиль проще крепить элементы корпусных панелей, ножки, кабель-каналы).

Основа любого лазерного гравера – это лазерный модуль . Опыт работы с диодами, выдранными из всевозможной техники, а также с модулем от Neje у меня был, но захотелось чего-то большего. У китайцев продаются твердотельные лазерные сборки все-в-одном: модуль в виде алюминиевого радиатора цилиндрической (реже) или прямоугольной формы (чаще всего). Внутри радиатора установлен цилиндрик с лазерным диодом, из которого торчат два контакта для подключения питающего тока. Также внутри лазерного модуля установлен (и залит некой субстанцией) токовый драйвер для диода, чаще всего СС (continuous current), реже – драйвер с поддержкой ТТЛ-сигналов для управления мощностью лазера. Часто – имеется вентилятор охлаждения сбоку или с торца радиатора. С другого торца на выходе лазера располагается фокусирующая или коллимирующая линза (в зависимости от назначения модуля). Питание, как правило, бывает 5В или 12В.
Вот пример того, что внутри (фото не мое, с просторов).

Лазерный твердотельные модули (диодные) бывают от сотен милливатт (например, от 0,3 Вт) до нескольких единиц (например, 5,5 китайских ватт). Чем больше мощность, тем выше цена, причем за мощные модули цена настолько высокая, что проще рассмотреть возможность установки трубки СО2, но это совсем другая история. Имейте ввиду, что китайские ватты не всегда соответствуют реальности (очень тяжело оценить реальную мощность излучения). И запросто можно купить один и тот же лазерный диод, промаркированный как 5,5W, так и 8W или 10W. Возможно, они будут отличаться завышенным током на сам диод, что сильно (в разы) сокращает время жизни диода.

Так как хотелось не только выжигать по дереву, но и резать что-либо (пластик, фанера, картон и т.п. – но не металлы!), то модуля от Neje мне уже не хватало, тем более выдранные из сидюков не катят, да и сгорают быстро. Было принято решение поискать и приобрести лазерный модуль на несколько ватт из Китая, в основном я выбирал из лазерных модулей на 450 нанометров (одни из самых доступных).
Существуют следующие разновидности лазерных головок на гирбесте:

1. 2,5Вт 12в ;
2. 0,5 вт 12в ;
3. 0,5 вт 5 в .
Все лазеры на 445нм (фиолетовый лазер), с вентилятором охлаждения и блоком питания в комплекте.

Помимо отличия в мощности, очевидно, что отличается и питающее напряжение. Модули для 5В очень удобны для питания павербанками/батарейками, ну а также для готовых корпусов с приводами на 5В. Не забывайте, что вентилятор тоже должен быть на 5В.
При питании шаговых двигателей от 12В есть смысл приобрести и лазерный модуль на 12В с целью унификации питания гравера (то есть потребуется только 1 БП на 12В). Это как раз мой вариант. В комплекте с D8-2500 идет блок питания на 12В и 5А, что явно за глаза хватает лазерному диоду, и в придачу остается для питания электроники Ramps и сервоприводов.

В итоге я заказал 2,5Вт/12В. Вот что прислали:

Вот несколько фото самого лазерного модуля.

Включил лазер для проверки цепей питания и правильности подключения. Как то не сообразил установить поглощающую подложку, в итоге прожег свой фотофон.

Итак, расскажу про свой проект гравера, в который вылился апгрейд моего Neje. Эдакая каша из топора. Скрутил лазер, снял электронику. Понял, что из этого каши не сваришь. Заменил электронику и лазер. В итоге сам Neje я решил оставить в покое и отложить подальше.

Хочу сказать, что существуют готовые рамы для установки лазера - XY плоттеры. Но я решил собрать раму самостоятельно, тем более это не так уж и сложно.
Идея была очень простая – это применение конструкционного профиля 2020/2040 в качестве рамы и направляющих для простенького гравера формата А3, как в китайских граверах. Жесткость обеспечивается специальными (штатными) соединениями для конструкционного профиля. (внутренние соединители, уголки). Размеры профиля – размеры печатной области (минус каретки). Формат выбирал чуть больше листа А4 с расчетом на материалы небольших размеров. После Neje с его 3.5х3.5 разница просто огромная.

Про электронику: есть варианты для RAMPS/LCD/SD/Marlin или CNCshield/GRBL. Шаговые двигатели демонтировал со старого устройства (nema17 – можно приобрести, они стандартные. Большие усилия не нужны, так как лазерная головка легкая/ Я думаю, при небольших размерах осей можно использовать недорогие nema17 типа 17H2408. Заказал напиленный в размер профиль и фурнитуру (уголки и метизы), плюс ролики для кареток.

В любом случае, если Вас заинтересует самостоятельная сборка принтера, то практически нет проблем найти чертежи для печати на принтере (stl) или чертежи для резки акрила.

Однозначно плюс комплекта лазерного модуля D8-L2500 – это наличие блока питания 12В 5А, что очень удобно. Буду запитывать шаговики от этого же БП.

Что потребуется для сборки

1 Лазерная головка Гравер/выжигатель - 1 шт.
2 Блок питания 12В Для питания лазера и приводов (1 шт, входит в комплект
лазера)
3 Блок питания 5в Для питания платы электроники (опционально)
4 2040 профиль продольные части рамы, Х-ось -2шт х420mm
5 2040 профиль поперечные части рамы - 2 шт х350mm
6 2040 профиль Перекладина Y оси - 1 шт х380mm
7 Nema17 Два по X, один по Y - 3 шт
с приводными не обязательно мощные
шестернями
8 Ремень GT2-6mm Два отрезка по X, один по Y -1,5 метра примерно
9 Концевики Крайние положения X Y осей - 2 шт.
10 RAMPS 1.4 Набор управляющей - 1 шт (*брал все комплектом)
11 Ardu Mega R3 электроники* - 1 шт
12 Display+SD shield+шлейфы - 1 шт.
13 A4988 driver, с радиаторами - 2 шт
14 Набор метизов (винты М3, М4, М5, гайки М3 - Комплект
М4, М5, Т-гайки, шайбы и т.д.) Для крепления рамы, ремней,
двигателей, для сборки кареток,
и т.д.
15 Уголки внутренние Для крепления углов рамы - 4 шт.
16 Ножки или стойки По углам - 4 шт
17 Комплект проводов -К-т
18 Кабель-каналы** - 1,5 метра примерно
19 Ролики Для кареток *** 12 (три каретки по 4 шт)

* Электронику можно заменить на Arduino Uno/Nano и CNC shield c драйверами (A4988/DRVxxxx)
**Есть еще спиральный кабель-канал .
*** Можно использовать по 3 ролика, или разные ролики (по диаметру), в зависимости от выбранных кареток.

По метизам могу подсказать только примерно, брал с запасом разных номиналов, потом по факту смотрел что подойдет. Рекомендую покупать на оптовках или заказать с али (я в итоге потратил в несколько раз больше, покупая в розницу, чем взял бы пару лотов на Али по 50-100 гаек и винтов).
Если каретки из акрила, можно не делать двойную – я перестраховался, из-за этого увеличилась толщина каретки и уменьшилась рабочая зона почти на 6 см. Можно и ролики взять поудобнее, с запрессованной втулкой М5.
Оригинальный вариант OpenBuilds предполагал использование всего 3 роликов - два ходовых и один, помельче, прижимающий.

Для облегчения кареток, вместо нескольких шайб я использовал печатные втулки. Подбирается и делается все за три минуты, печатается примерно также по времени. Можно набирать шайбами или делать другие проставки. При проектировании лучше учитывать небольшой запас по размерам отверстий в плюс, из-за усадки пластика.

Вот что получилось.

Второй проход по гофрокартону. Два прохода делал из-за толщины. Так то картон неплохо режет. К сожалению, не успел приехать второй заказ с удлинителями проводов для сервоприводов и с кабель-каналом – у меня сейчас ограничена рабочая область – провода внатяг идут, так что теста на большом полотне не будет (ну или попозже выложу).

Небольшой минус – работа подобного гравера в квартире это зло))) Очень много дыма от картона и дерева. Пластик и акрил я по этой причине не резал. Нужна хорошая вытяжка.

В планах – сделать ножки, подобие корпуса, убрать провода в каналы (есть возможность пустить провода внутри профиля или по пазам, с фиксацией их клипсами). Очень нужна вентиляция, вытяжка и корпус.
пока в планах адаптировать лазерный модуль для работы с ШИМ заменой драйвера на внешний.
И я нахожусь в поисках программного обеспечения для конвертации изображений в жкод. То, что испоробовал мне не помогло.
Еще есть мысль - можно добавить третью ось с кротким ходом. Это позволит более гибко подстраиваться под материалы с большой толщиной.

Выводы
В целом приобретение данного модуля высвободило мне время, которое уходило на переделки диодов без корпусов. Не надо под каждый подбирать линзу, питание, пихать все в корпус. Стоимость модуля достаточно высокая, но если сравнивать стоимость готовой конструкции лазерного гравера типа такого, то в итоге выгода очевидна. Дело в том, что стоимость лазера – это больше половины стоимости гравера целиком. В остальном – это стоимость профиля, двигателей и электроники (по мелочи).