Baubericht 80W Co2 Laser Arbeitsfläche 1500mm x 1000mm

Was wollt ihr denn alle Privat mit so riesen Kisten?

Ganz kurz ...

Ich zitiere unseren Jojo

Zitat von JoJo

Michael, schöner Beitrag zum Beamexpander.

Wer dazu weitere optische Grundlagen sucht, sollte nach "Teleskop" oder "Fernrohr" suchen. Denn genau dies ist der Aufbau und die Funktion, weshalb die Beamexpander auch gerne Beamtelescope genannt werden.

Dabei gibt es grundsätzlich die von Michael 2 genannten Aufbauten: Das Teleskop bzw. Fernrohr nach Kepler, mit 2 konvexen Linsen (Sammellinsen) und das Teleskop nach Galilei mit 1 Konvexlinse und 1 Konkavlinse (Zerstreuungslinse).

Wie Michael beschrieben hat, bildet sich beim Galileiteleskop kein Brennpunkt innerhalb der Optik. Allerdings sind Konkavlinsen für CO2-Laser schwer zu bekommen und teuer. Für einen Selbstaufbau wählt man daher besser die Keplerversion.

Für die Anordnung bzw. Abstände der Linsen gibt es einfache Faustregeln:

Linsenabstand bei Galilei = Brennweite der zweiten Linse (der konvexen Sammellinse) plus Brennweite der ersten (konkaven) Linse. Beispiel 2fach Teleskop: Erste Linse -25mm Brennweite, zweite Linse 50mm Brennweite. Linsenabstand ca. 50mm + -25mm = 25mm.

Da die Brennweite der Konkavlinse negativ ist, wird deren Wert also abgezogen.

Daher bauen diese Teleskope sehr kompakt.

Beim Keplerteleskop werden ebenfalls die beiden Brennweiten addiert. Da diese aber beide positiv sind, wird der Linsenabstand sehr groß.

Beim Zweifachteleskop (2x Beamexpander) Mit Linsen 25mm und 50mm = 75mm.

Man sieht also es ist sehr einfach.

Und da beim einfachen Teleskop mit Sammelllinsen der geforderte Abstand der Linsen bei einem Expander (Vergrößerer) immer mehr als doppelt so weit ist, wie die Brennweite der ersten Linse, läuft man nicht Gefahr mit der zweiten Linse in den Brennpunkt zu kommen und dese zu zerstören. Der Fleck auf der zweiten Linse kann also niemals kleiner werden als der auf der ersten Linse, wenn man sich an die Regel hält. Bei einem Expander muss die Brennweite der zweiten Linse immer größer sein als die Brennweite der ersten Linse. Und daher ist der Linsenabstand immer auch größer als 2x die Brennweite der ersten Linse.

Man muss sich nur bewusst sein, dass man zwischen den Linsen einen kleinen hochenergetischen Fokusspot hat.

Bei Lasern im KW-Bereich (oder Pulslasern) kann man diesen Aufbau nicht machen, weil im Fokus die Luft ionisiert wird und quasi "explodiert". Bei CW-Lasern im Bereich 100-200 Watt ist das aber gar kein Problem.

Man kann sich also selbst mit zwei einfachen und billigen Fokuslinsen z.B. 25mm und 75mm einen 3fach Expander basteln, der dann keine 50 Euro kostet.

Professionelle variable Beamexpander sind natürlich eine ganz andere Liga. Die haben ganze Gruppen von Linsen drin, wie bei einer Zoomoptik. Das braucht man aber für die einfachen Anwendungen hier nicht.

Wenn man sich z.B. je eine Fokuslinse in 1 Zoll, 1,5 Zoll, 2 Zoll und 3 Zoll kauft, kann man sich damit verschiedene Beamexpander basteln: 1,33x, 1,5x, 2x, 3x. Und durch Kombination sogar noch mehr: Setzt man die 1 Zoll und 1,5 Zoll Linsen direkt nacheinander ergeben sich

ca. 0,6 Zoll Brennweite. Damit und der 2- bzw. 3 Zoll Linse als Ausgangslinse kann man einen 3,3x bzw. einen 5x Expander bauen.

Immer unter Beachtung dass der Laserfleck noch auf die Linsen passt.

Stephan:

Du musst Dir einfach immer vor Augen halten, dass mit "normalen" Optiken bzw. Linsen zwei oder mehr erwünschte Eigenschaften des Strahls immer gegensätzlich verändert werden.

Also z.B. beim Beamexpander: Divergenz wird kleiner aber Strahldurchmesser wird größer. Ein dicker Strahl ist nicht unbedingt erwünscht. Er produziert zwar bei gleicher Fokusbrennweite einen kleineren Spot aber auch ein kürzeres Schärfentiefenfeld (DOF).

Bei der Brennweite der Fokuslinse: Fokusspot kann kleiner werden aber Schärfentiefenbereich wird kürzer.

Bei gewünschtem größerem Schärfentiefenbereich (DOF) z.B. bei dickem Material: Fokusbrennweite muss lang sein und daher wird Fokusspot groß.

Also eine Optik, die z.B. den Fokusspot verkleinert und das DOF vergrößert oder aber eine Optik die die Divergenz und den Strahldurchmesser verringert, gibt es nicht.

Strahlformungsoptiken für Diodenlaser arbeiten immer nur in einer Achse, also Prismen oder Zylinderlinsen. Sie versuchen, die Symmetrie des Laserstrahldurchmessers zu verbessern. Stichwort Astigmatismus. Du hast beim Diodenlaser zwei Brennpunkte, die an unterschiedlicher Stelle liegen. Jeweils einen für jede der zwei Abstrahlrichtungen der Diode. Deshalb beim Verstellen der Fokuslinse von einem Fleck zu einem Strich in X weiter über einen Fleck zu einem Strich in Y. Die beiden scharfen Striche bilden die beiden Fokuspunkte der zwei Achsen ab.

Ziel der Korrekturoptiken mit Prismen oder Zylinderlinsen ist es, diesen Abstand möglichst nah zusammen zu bringen. Im Idealfall zu Null. Dann muss kein Kompromiss mehr zwischen den beiden Brennpunkten als Spot eingestellt werden und der Spot würde logischerweise kleiner.

Zur Korrektur des Astigmatismus eigenen sich aber normale Optiken nicht, die in allen Ebenen wirken.

Nur Prismen in einer Strahlebene oder Zylinderlinsen bzw. in einer Ebene wirkende "Treppen"- oder Parabolspiegel. Oder man koppelt den Strahl in eine Faser und diese "mischt" dann alle Abstrahlebenen zu einem gleichmäßigen Profil.

Gruß

Joachim

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Und weil Jojo immer so schön erklärt :

Zitat von JoJo

Es könnte an der Divergenz des Lasers liegen.

Stärkere Laser haben meist eine größere Divergenz und auch gleiche Röhren zueinander haben nie exakt die gleiche Divergenz.

Es ist ein Qualitätskriterium. Auch je nach Modenstruktur TEM ändert sich die Divergenz.

Um die Divergenz zu messen muss man einmal direkt am Austriitt der Röhre und einmal am entferntesten Punkt der Anlage unfokussiert mal ein Stück Papier durchschießen.

Nur wenn die Divergenz (praktisch unmöglich) Null wäre, wäre die Fokussierung an allen Stellen genau gleich.

In der Realität verschiebt sich aber der Fokus, je weiter man vom Autritt der Röhre weg ist. Je größer die Anlage, also je größer der Strahlweg, desto größer die Abweichung.

Mit steigender Strahllänge wandert der Fokuspunkt nach unten von der Fokuslinse weg und wird auch kleiner!

Daher habe ich immer etwas Bauchweh, wenn Leute im Selbstbau einfach ihre Arbeitsflächen auf mehrere Meter hochskalieren.

Eine typische CO2-Röhre hat 2,5-3 mRad Divergenz. Das ist eine Änderung des Strahldurchmessers von 2,5-3 mm pro Meter.

Ein RF-CO2-Laser hat sogar zwischen 4 und 8mRad Divergenz.

Ich habe mal anhand eines Beispiels eine Rechnung angestellt:

Divergenz = 3mRad

Strahlqualität M2 = 1,5

Strahldurchmesser an Austritt 3,2mm

Fokuslinse f=50mm

200mm nach dem Austritt ergibt sich ein Fokusdurchmesser von 0,29mm 51,2mm nach der Linse.

1200mm nach dem Austritt ergibt sich eine Fokusdurchmesser von 0,13mm 51,8mm nach der Linse. Das ist also 1 Meter Verfahrweg.

Man sieht also dass sich bereits bei 1 Meter Verfahrweg der Fokusspot um mehr als das Doppelte (bzw. die Hälfte) ändert.

Praktisch kann man dagegen außer einer teueren und aufwändigen Strahlaufweitung eigentlich gar nichts machen.

Vielleicht kann man es etwas kompensieren, indem man den den idealen Fokuspunkt am kürzesten Weg einstellt (also nah an der Röhre) und der Spot dann bei steigendem Weg etwas dicker bleibt, weil es dort ja zunehmend "aus dem Fokus" läuft.

Der Effekt wäre um so stärker, je kürzer die Fokusbrennweite ist.

Gruß

Joachim

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Gruß und eine schöne Restwoche

Wau wenn ich das so Lese fällt mir der ergeitz zum Bauen eines Lasers mit der größe von 1000x700mm gleich mal in den Keller

Norbi, Was willst du denn mit so einem riesen Teil? Wie viele Teile in der Woche hast du denn die solch eine Arbeitsfläche erfordern würden?

Oder gehts eher darum den grössten Laser zu besitzen?

Zitat von ichbinsnur

...

Oder gehts eher darum den grössten Laser zu besitzen?

Geht vielleicht eher darum, daß einfach mal zu machen?

Kenn das auch, wollte UNBEDINGT nen CO2 Galvo...

Jetzt hab ich ein.... äh.... ja.... und

Zitat von Bastler_ohne_Plan

äh.... ja.... und

Fliwatüt?

wie gesagt, es hat seinen Grund, wRum bei eigentlich allen besseren Maschinen ab 1.20 Arbeitsbreite die Röhren mitlaufend montiert sind....

Mit demStrahldurchmesser verschiebt sich auch der Fokuspunkt nach oben und unten und wird breiter oder schmaler.

Das sieht man schon ab 7050 Grösse deutlich.

Bei Strahlweglängen ab 2m und mehr wird es dann extrem...

Zitat von Norbi2

Wau wenn ich das so Lese fällt mir der ergeitz zum Bauen eines Lasers mit der größe von 1000x700mm gleich mal in den Keller

Wenn du so viel Platz im Keller hast

Ja wäre nice die Info zu haben

Zitat von Eus4

Ich gehe nachher mal messen wie dick mein laserstrahl bei maximaler Entfernung und 80% laserpower ist.

Aber lang genug schießen. Zum Rand hin fällt die Energiedichte extrem ab. Sonst siehst du suf dem Treffer nur die Mitte mit der höchsten Energiedichte.

... der Laserstrahl hat ein "Gauss"-Profil - das heißt, der "Brennfleck" ist nur die Mitte des Strahls mit genug Energiedichte, um das Material anzukokeln ... der eigentliche Strahldurchmesser kann durchaus noch 2x bis 3x mehr sein und insgesamt um 50% oder mehr der Energie beinhalten, was du dann im Spot verlieren würdest, wenn das nicht komplett auf die Spiegel paßt

... was du noch gut/einfach machen kannst, um in etwas das "Strahlprofil" sehen zu können - stell ein Stück dickes durchsichtiges Plexi mit einer polierten Kante in den Strahl und heiz da mal drauf, bis du knapp durch bist -- dann siehst du den "Gauss-Hut" ziemlich gut

Zitat von ichbinsnur

Oder gehts eher darum den grössten Laser zu besitzen

hehe

Tu dir einen Gefallen und stell die Röhre hoch, zum Mitfahren. Es gibt nichts Schöneres als keine Spiegel zu haben.

Ab einer gewissen Größe brauchst Du eine superstabile Mechanik, das wird dann wieder schwer, wieder größere Antriebe, noch mehr Durchbiegung, usw usw.