Interesse an einem Forumsprojekt zur Entwicklung eines Laserdiodenmoduls mit Treiber?

    Hallo,


    falls hier auch jemand Interesse daran hat - ich habe in den Foren "Peters CNC-Ecke" und "RepRap-Forum" jeweils im "Schwarzen Brett" angefragt, wie groß das Interesse an einem "Forums-Projekt" zur Entwicklung eines Laserdiodenmoduls und eines Treibers zur Integration in eine CNC-Anlage Zwecks Laser-Materialbearbeitung (Lasergravieren/-Markieren, Folienschneiden, Leiterplatten-Fertigung, ...) ist.


    Im RepRap-Forum ist der Zugang frei - http://forums.reprap.org/read.php?251,772536


    In Peters CNC-Ecke muß man sich registrieren - http://www.cncecke.de/forum/forum.php


    (mit Login - http://www.cncecke.de/forum/showthread. ... eiber-quot )


    Angedacht ist, das mit aus defekten Faser-Lasern ausgebauten 9Watt-IR-Pumpdioden zu machen, die Treiber können aber auch beliebige andere Laserdioden ansteueren ...


    Viktor

    Moin Viktor,


    Der Grund, warum sich im IR-Bereich Dioden noch nicht durchgesetzt haben, liegt in den schlechten optischen Eigenschaften.
    Bei Laserdioden höherer Leistung (1-100W) setzt sich der Strahl aus vielen Einzelstrahlen zusammen, wodurch sich so ein Laserstrahl -bisher noch- nicht zu einem echten gaußschen Strahl zusammensetzen lässt, bzw. bei der optischen Bearbeitung (Kollimieren, Fokussieren) oft sehr schlechte Ergebnisse liefert.


    Dioden werden mit Sicherheit als direkte Laserquellen in der Materialbearbeitung kommen, aber noch isses nich so weit.


    LG
    Diemo

    Hi Diemo,


    die von mir verwendeten fasergekoppelten 9Watt-Dioden haben eine 105µm dicke Glasfaser angekoppelt - mit einer einfachen kurzbrennweitigen Linse schaffe ich damit einen Spot von ebenfalls etwa 0.1mm Durchmesser, womit schon einiges geht ;)


    Ich habe auch welche mit 25 Watt aus der gleichen 105µ-Faser ... und diesen Aufbau gibt es mit Ausgangsleistungen bis 150 Watt!!!


    Hier mal zum Beispiel der innere Aufbau einer "25Watt-Multifaser-Diode" (was du wohl meintest, mit einem 0.7mm dicken Ausgangsstrahl), und darunter eine der kleinen "1-faserigen" 9Watt-Dioden mit viel besserer Gravierleistung als die große mit 25Watt! :


    115378.jpg



    ... im Vergleich auch nochmal der Aufbau der 25Watt-Diode mit 105µ-Faser - das sind praktisch 3 von den 9Watt-Lasern über Spiegelschnitt und fokussieren in die 105µ-Faser eingekoppelt:


    25W-open.jpg



    Viktor

    ... hier nochmal ein paar Teile, die ich mit einer von den 9Watt-IR-Dioden gelasert habe :


    86229.jpg


    86231.jpg


    115309.jpg


    115361.jpg


    115362.jpg


    115470.jpg


    115486.jpg



    Viktor

    Moin Moin,


    Zitat

    Beispiel der innere Aufbau einer "25Watt-Multifaser-Diode" (was du wohl meintest, mit einem 0.7mm dicken Ausgangsstrahl)


    Ne, das meinte ich nicht. Ein meinte den Aufbau einer Laserdiode mit hohen Leistungen an sich, nicht den Verbund mehrerer Laserdioden, wobei die Nachteile bei Letzterem auch bleiben.


    Ich fang mal bei meinem Alltag an: Da klopfen regelmäßig Leute an die Tür, die zu 90% mit einem Laser schneiden wollen ...Gravieren ist eine feine Sache, aber nur ganz selten der Grund für Jemanden, sich einen Laser zu kaufen, weil man die meisten Materialien mit diversen anderen Verfahren (Druckverfahren, Prägeverfahren, Bekleben...) bei deutlich höherer Effektivität, Auflösung und Individualität markieren kann.


    Deine Lasermodule sind so schwer, dass sie sich eigentlich nur für den Einsatz einen Galvo eignen = geringe Arbeitsfläche.
    Du hattest ja Eingangs geschrieben, die Diodenlaser in eine CNC-Anlage integrieren willst ...da tut sich vor meinem geistigen Auge erstmal ein Flachbettscanner auf.
    Ich denke, es wird große Probleme machen, den Laserstrahl aus so einem Lasermodul sauber mit Spiegeln abzulenken und dass er sich nicht vernünftig fokussieren lässt, hast Du ja bereits erfahren. 100µm Strahldurchmesser bei 1µm Wellenlänge (die Wellenlänge stimmt stimmt doch, oder?) ist ein sehr schlechtes Ergebnis! Für einen einfachen Faserlaser mit dieser Wellenlänge sind 30µm ein Durchschnittswert.


    Wir können das Ganze aber auch einfach aus der technischen Ecke herausholen: Schneide mir 10mm dickes Acryl mit einer Laserdiode und ich überdenke mein aktuelles Weltbild in Sachen Laserdioden. ;)


    LG
    Diemo

    Hi Diemo,


    bei den fasergekoppelten Dioden kann ich die Diode mit Kühlkörper fest in der Anlage montieren und nur die Faser mit dem kleinen Fokussierkopf auf den Plotter-Kopf fixieren ... ich habe die aber meist auf einer umgerüsteten ehemaligen CNC-Fräse mit Servo-Motoren laufen, wo ich die Dioden samt Kühlkörper und Treiber auf der Z-Achse montiert habe und mit bis zu 100mm/s durch die Gegend fahre.


    Das bisherige Argument für/gegen ist der hohe Preis für einen Faserlaser ohne oder mit Galvoscanner ... die Dioden mit Treiber kann ich im Hobby-Bereich für um die 200€ abgeben, über die Firma wurden ähnliche Typen für etwa 1200€ als "Werkzeug-Kopf" zum Nachrüsten für CNC-Fräsen verkauft ... nur wenige mit den 975nm-Dioden, einiges mit blauen 445nm-Dioden mit 2W oder 3.5W Leistung, zwei mal den gleichen Treiber+Ansteuerung mit einem 30Watt-CO2-Laser, ein mal mit einem 120Watt-CW-Faserlaser statt Diodenmodul ...


    Momentan bin ich etwas in Zeitnot wegen Messe ab dem 20. bis 23. in Erfurt ... danach baue ich aber ein paar Module mit 9W- und 25W-Dioden auf und teste das Schneiden von schwarzem oder orangefarbenem Plexiglas aus ;)


    Viktor

    ... ich hole das mal wieder raus -- will dieses WE mit dem Aufbau und Testen weitermachen ...


    Fürs "cleaven" der Faserenden habe ich soweit alle Werkzeuge zusammen, für den Aufbau der Fokussier-Optik habe ich zwar die im Sommer bestellten 60 Linsen jetzt alle da, dafür aber erstmal nur zwei von den gedrehten Hülsen-Sets:


    Alles#1.jpg



    Das aktuelle Treibermodul hatte noch leichte "Spikes" bei >3A entwickelt, das habe ich ihm mit einem billigen/langsamen Optokoppler (auf dem kleinen Lochraster-Stückchen) aber abgewöhnt - kann so zwar nur bis etwa max. 50kHz, dafür keine Stromspitzen mehr ;)


    Treiber-Input-Mod.jpg


    Viktor

    :)


    Schade das du so weit weg wohnst.... würd gerne mal zuguggen bei dem Faserlaserzeugs 8)



    :D

    Gruß

    Michael


    Vom Handwerk kann man sich zur Kunst erheben. Vom Pfuschen nie.

    Johann Wolfgang von Goethe

    ... nein, LM338 - die können bis 5A Strom, ich habe sie hier aber "nur" in halbwegs gleichmäßigen "Schritten" definiert, um per Jumper fix oder per Schalter variabel die so vordefinierten Leistungen abrufen zu können.


    Je nachdem, welche LM's ich aktiv schalte, erhalte ich für jeden Puls (oder CW) einen entsprechenden Gesamtstrom von min 0.57A bis Max 8.34A oder in jeder "Mischkombination" dazwischen.


    Die "vorwählbaren" Ströme habe ich so definiert:


    I1 = 0,57 A
    I2 = 1,04 A
    I3 = 1,84 A
    I4 = 2,23 A
    I5 = 2,66 A


    Isum = 8,34 A


    Für ein anderes Projekt habe ich die gleichen Treiber mit höheren Strömen bis 5A pro Baustein, also bis zu 25A Gesamtstrom allerdings nicht als CW, sondern als Pulsbelastung mit etwa 25% max. "duty-factor" ... sonst werden die einfach zu heiß :S


    Für noch höhere Ströme kann ich mehrere von den Teilen auch parallel schalten ... mein bisher "stärkstes" Modul kann bis zu 35A umsetzen ... hab' aber vor, irgendwann einen "Kombi-Kopf" mit mehreren (hab' zur Zeit 7 Stück) von den 25W-Dioden mit einer noch zu bestimmenden Anzahl der 9W-Dioden auf einen Spot zu kombinieren ... das dürfte dann eher so in die Richtung von 200A Puls-Strömen bzw. 50A CW gehen 8)


    Viktor

    ... und hier ein paar Bilder vom "cleaven" und einkleben der Faser bei einer der 9Watt-Dioden aus einem durch "back-reflection" zerstörten/explodierten Faserlaser - fürs Testen des cleaving-Tools habe ich erstmal eine mit recht kurzer Restfaser genommen ...


    Hier die fürs Cleaven erforderlichen Werkzeuge:


    Faser cleaven und einkleben - 1.jpg



    - als erster Schritt mit der "Entmantelungs"-Schere (mit der mittleren Trenn-Nut) den Schutzmantel auf eine ausreichende Länge entfernt (laut Anleitung min. 50mm, das kann später aber deutlich weniger sein) und mit der kleinsten Nut den durchischtigen 250µm-Buffer runtergeschält, so daß die 105µm-Faser frei liegt:


    Faser cleaven und einkleben - 2.jpg



    - die Faser bis zum Anschlag in das cleaving-Tool reingeschoben und eingeklemmt:


    Faser cleaven und einkleben - 3.jpg



    - nach dem "Antasten" mit der integrierten Diamantklinge wird die Faser-Spitze vorne eingeklemmt und gezogen, bis sie an der Kerbe bricht -- hat scheints gut geklappt, beim Test war der Abstrahl-Kegel perfekt rund ... dann von einer 1.5mm dicken PEEK-Kapillare ein passendes Stück abgetrennt:


    Faser cleaven und einkleben - 4.jpg



    - und mit einem kleinen Bohrer am vorderen Ende etwas "aufgebohrt", damit das Faserende in der Kapillare frei steht:


    Faser cleaven und einkleben - 5.jpg



    - und zuletzt in die "Ferrule" reingeschoben und dabei mit 2K-Kleber benetzt:


    Faser cleaven und einkleben - 6.jpg



    ... Morgen dann mal schauen, ob das Faserende nach dem einkleben sauber geblieben ist ...


    Viktor

    :)


    Ich hatte dieses "Spleißen" och mal auf der Arbeit probiert, allerdings durch mein Nasenfahrrad keine Chance mit der Prüflupe was zu sehen, ohne Brille och nich ;(


    Bin da einfach zu scheel für :D

    Gruß

    Michael


    Vom Handwerk kann man sich zur Kunst erheben. Vom Pfuschen nie.

    Johann Wolfgang von Goethe

    ... mit meiner Lesebrille könnte ich da auch keinen Krieg gewinnen :rolleyes:


    Hab' mir schon vor Jahren ein paar Stereo-Arbeitsmikroskope besorgt - damit geht's deutlich besser -- inzwischen löte ich auch nur noch unter dem Stereomikroskop ... dann siehst du das Lötzinn richtig umfließen, so daß die Lötzeit auf das absolut notwendige Minimum reduziert werden kann ... schont temperatur-empfindliche Teile enorm :D


    Übrigens - "Spleißen" von Fasern wäre nochmal was anderes - da werden entweder bei zwei Fasern mit einem Lichtbogen die Enden angeschmolzen und im geschmolzenen Zustand zusammengefügt (mit einem speziellen Gerät) ... oder zwei Fasern entmantelt, "gecleavt" und nahe zusammen in eine dritte Faser eingekoppelt ... oder eine Faser "gecleavt", bei einer zweiten faser der Mantel punktuell entfernt, dann die erste Faser so dranfixiert, daß sie in den Manten der zweiten Faser "reinleuchtet" - so werden die Faserlaser-Resonator-Fasern mit der Energie der "Pump-Dioden" versorgt ...


    Viktor

    ... das hat jetzt mit dem Einkleben besser geklappt - das Strahlprofil unfokussiert auf die Indikatorkarte ist völlig rund und bis auf die typischen "speckles" auch sehr gleichmäßig:


    Faser cleaven und einkleben - 7-OK.jpg


    Der orangefarbene Stift ist das Stück PEEK-Kapillare als Schutz und zum einfacheren Handhaben des Faserendes, der Abstand zwischen Faserende und Indikatorkarte sind etwa 18mm, der Fleck-Durchmesser um die 6mm, also ein "Strahl-Öffnungswinkel" von etwas über 18°.


    Solange ich das für einzelne Dioden mache, dauert das insgesamt (ohne die Abbindezeit) momentan mit Vorbereitung und Zwischentests etwa 20-30 Minuten pro Faser ...


    Viktor

    ... weil ich schon mal am Kleben war, habe ich den einen Fokussierkopf gleich mit geklebt und die Faser in die Gewindehülse eingeklebt:


    Fokussierkopf - 1.jpg



    - mit weitestem noch fürs Gravieren verwendbaren Fokusabstand bei etwa 300 Milliwatt Leistung:


    Fokussierkopf - 2 - 300mW.jpg



    - und die Leistung auf 1Watt aufgedreht - da wird die Kamera schon ziemlich überstrahlt:


    Fokussierkopf - 3 - 1W.jpg


    Viktor