Projekt "Direct-Diode-Laser" - wieviel Leistung muß sein?

... in den ersten "Laser-Beamern" von Casio steckten 24 (!) blaue 1Watt-Laserdioden drin, mit denen blau "direkt", Grün "indiret" über ein Phosphor-Rad und Rot über eine 3Watt-LED erzeugt wurde -- daher stammen auch die ersten "Beamys" (blaue 1Watt-Laserdiodenmodule) ... hab' noch ein paar von den Beamern ohne Laserdioden da, die ich teilweise fürs 3D-Scannen verwende oder mit 405nm-LED's bestückt fürs Resin-3D-Drucken.

Diese 8x-Lasermodule sind in den neueren Beamern drin - also nur ein "Update" für die einfachere Handhabung/Justage.

Die Laserdioden laufen nominell bei 2.5A, maximal können die 3.5A ab ... das geht noch gut über parallel zuschaltbare Konstantstrom-Treiber und eine Gesamtstrom-Modulation mit einem stärkeren MOSFET -- so habe ich auch meine ersten Konstantstrom-Treiber aufgebaut ... hier, unter "4. Stroversorgung:" hatte ich einen entsprechenden Schaltplan vorgestellt:

https://reprap.org/wiki/Laser_Cutter/de

Viktor

... die "multimodule", bei denen viele Laserdioden über Fasern gebündelt werden, sind aber auch nicht ohne!

Hab' noch das Rote 652nm-20Watt-Modul, bei dem 60 Stück 400mW-Laserdioden mit dünnen Fasern zu einem etwa 0.7mm dicken Bündel zusammengefaßt sind.

Hier ein paar Bilder vom internen Aufbau, der Bündelfaser mit Abbild (eines anderen roten Laserdiodenmoduls mit weniger Fasern) an der Wand mit kleinstmöglicher Leistung und 20Watt @652nm aus einer 0.8mm-Faser aufs Gehäuse drauf:

Diodenmodul 61x.jpg Diodenmodul Typ und Kopf.jpg 5Watt-Diode-Fernbild3.jpg 6W-Anlage-2W.jpg

Viktor

... das Projekt mit der "laserunterstützten Additiven Fertigung", wofür ich zwei von den 200W-Dioden für die Firma hab' kaufen lassen, ist (z.T. auch wegen Covid-19) eingestellt worden -- die beiden Dioden dürften dann wohl bei mir bleiben ... hab' jetzt also 8 von den Teilen bzw. bis 1.6kW in einem "Todesstern"-Aufbau

Dafür (und für eine Anfrage/Bestellung aus meinem Bekanntenkreis) habe ich den Analog-Treiber nochmal "vereinfacht" und 17 Platinen davon bestellt - muß die erstmal bestücken, dann kann ich ausprobieren, bis zu welcher CW- oder Puls-Leistung die Stabil bleiben -- der vorherige konnte bis 12A Dauerstrom und ich hatte die bis 20A gepulst (hatte damals noch kein stärkeres Netzteil).

Mit etwas Glück reicht jeweils einer davon für die 200W-Dioden, welche für die volle Leistung 40A brauchen ... sonst müßte ich zwei oder mehr parallel schalten ...

17x-Analogtreiber.jpg

Fertig zusammengebaut sehen die in etwa so aus (die beiden MOSFET's werden "flachgelegt" und auf den KüKö geschraubt):

VDX-Analogtreiber - 3D-Ansicht.jpg

Viktor

... und hier noch ein Video vom "Laserbeschriften" der Platinen

https://www.youtube.com/watch?v=pZ-ecPl57TI&feature=youtu.be

Viktor

... weil man einfach nicht genug POWER haben kann

Hab' gerade von einem Bekannten seine beiden 260Watt-IR-Dioden mit einem 40A@15V-Netzteil und ein paar Fokussierlinsen bekommen, weil er damit nicht mehr weitermachen wollte.

Die sind minimal anders aufgebaut, als die 200W-Dioden, haben aber auch entsprechend mehr "Dampf" ... die rechte sitzt schon auf einem selbstgebauten Wasserkühler, direkt zum Aufschrauben auf eine Z-Achse, und hat auch schon eine Fokussierlinse dran ... die linke ist noch "original":

2x260W-Diode mit Netzteil.jpg

Muß doch mal langsam drangehen, wieder eine aktive XYZ-Anlage für die verschiedenen Laser-Köpfe zum Ausprobieren/Einfahren aufzubauen und etwas "rumzubrutzeln"

Viktor

... hab' die 250W-Laserdiode mal mit 60 Watt ausprobiert (auch nur kurz, da noch keine Wasserkühlung dran).

Im Video mit "unfokussiert" sieht man, daß sie ab 2A anfängt zu lasern - dann, bei 10A gibt sie etwas über 60Watt aus ... im Strahlbild erkennt man die einzelnen Laseremitter (7 Module mit jeweils 5 Emittern, wenn das genauso ist, wie bei den 200W-Dioden).

Die Kamera sieht den Strahl auch total hell/blendend auf dem schwarzen Alu-Kühlkörper -- fürs Auge bleibt das "unauffällig schwarz"

Das "grüne Leuchten" in den Rauchschwaden im 2. Video ("fokussiert") kommt von der IR-Anzeige-Karte, wo das IR-Licht in grünes Licht umgewandelt wird - mit der "schaue" ich mir die Strahlformen/Strahlqualität an, wenn ich Faserenden poliere und die Optiken anpasse.

Da die angebrachte Linse nicht zum Fokussieren, sondern nur zum Kollimieren (=Strahl parallel ausrichten) gedacht war, läßt sich der Strahl nicht so gut fokussieren - hab ihn auf einen Fokusabstand von etwa 500mm gebracht, wo der "Brennfleck" etwa 2-3mm groß ist, aber auch da schon kräftig "einheizt" ... mit einer richtigen Fokussierlinse bei etwa 50mm Fokusabstand wird der Fokusdurchmesser dann eher bei 0.1 - 0.2mm sein, also 100x bis 300x größere Energiedichte!! - das reicht dann auch schon zum Gravieren von Holz oder schneiden von Holz, Fliesen und Stahlblech ... kann dann auch mehrere von den Teilen "kombinieren", so daß ein dann größerer Spot (etwa 0.3 bis 0.5mm) mit einer Gesamtleichtung von knapp 2kW mit diesem Diodentyp möglich wäre (7x200W + 2x260W, können pulsend aber auch noch bis 25% mehr!!)

https://www.youtube.com/watch?v=IUNkluh0UCQ&feature=youtu.be

https://www.youtube.com/watch?v=5kgO8nbq_pk&feature=youtu.be

Viktor

... um mal einen Eindruck zu bekommen, wo ich mit den 10A=60Watt im "Arbeitsfeld" der Laserdiode bin, hier mal ein Auszug aus dem Datenblatt mit passenden Markierungen

Arbeitspunkt bei 10Ampere = 60Watt.jpg

Viktor
[Blockierte Grafik: http://www.cncecke.de/forum/attachment.php?attachmentid=174639&stc=1]

... ja, schon bei "nur" 60 Watt wird die Kamera total überstrahlt - egal, ob auf den schwarzen Kühlkörper oder auf die Keramik-Partikel der IR-Indikatorkarte.

So, fürs Auge, ist die IR-Indikatorkarte sehr hell grün bis schon gelblich (Sättigung der Sehzellen) -- auf dem schwarzen KüKö ist überhaupt nichts zu sehen!

Ich denke, bei über 200 Watt sollte das selbst so schlecht fokussiert, daß der Spot 2mm breit ist, das schwarze Eloxal wegdampfen -- mit einer blauen 1.5W-Diode auf 0.1mm geht das auch schon ganz gut - da kommen dann 200W auf 1mm auch schon in den Leistungsbereich ... 250W (oder 300W, was die Diode problemlso kann) auf 0.2mm fokussiert ist dann schon eher in Richtung "Metall-Schneiden"

Mal schauen, was an Luft mit dem Teil geht ... der Vorbesitzer meinte, 0.5mm Stahlblech mit Luft oder 2mm mit Sauerstoff wären problemlos gegangen! -- und er hatte die Diode bei weitem noch nicht ausgereizt

Viktor

... wie geht nochmal der Witz/Kalauer mit der blinden Maus mit Taststock?

Nicht, daß ich dann schuld bin, wenn in China immer mehr Blinde durch die Gegend torkeln

Aber hast schon recht - meine Selbstbau-Vorchläge zu den blauen DIY-Laser-Modulen und Laserdiodentreibern aus den verschiedenen Foren haben sie ja relativ schnell (z.T. in weniger als 3 Monaten!) kopiert ... selbst der K40 ist eine 1:1 Kopie meines ersten "kommerziellen" Lasercutters von 1995

Viktor

... ob das so gut ist?

In den meisten Communities, wo ich mich herumtreibe, haben sie die internen Entwicklungen immer mehr "abgeschottet", damit sie mit ihren Ideen/Konzepten fertig werden können, bevor unausgegorene "Klone" aus China bei Alibaba und Amazon auftauchen, die auf die Foren-Entwicklungen verlinkt werden ... vieles wird auch komplett "unter dem Tisch" gehalten bzw. nur noch im kleinen Kreis ausgetauscht

Viktor

... ich habe mein Design 1995 als Gebrauchsmuster angemeldet, mit der Option, das nach einem Jahr als Patent zu erweitern ... meinem damaligen Chef kam das aber (in RAL-Grau) zu schlicht/langweilig vor, gegenüber einem damaligen Konkurrenten aus den USA in einem Mintfarbenen "halbrund-Brotkasten-Gehäuse", so daß er die Entwicklung nach 2 aufgebauten Geräten eingestellt hat

Dabei lag der "amerikanische Konkurrent" bei 30kDM und mein Vorseriengerät mit einem 5Watt-RF-CO2-Laser (von EKSMA aus Littauen) bei 7.5kDM als "Einstiegspreis" - Planung war dann für später mehrere Versionen von 5 bis 20 kDM ...

Viktor

... hab' vorhin zwischen den Filmen etwas Zeit gehabt und eine passende Linse mit 50mm Fokusabstand gefunden - der Spot dürfte danach etwa 0.2mm sein.

Für einen kurzen Test (immer noch ohne Wasserkühlung, deswegen auch im Video der kurze Griff an die Diode, ob sie schon merklich warm ist ... war sie noch nicht) habe ich ein Stück Stahlblech genommen:

https://www.youtube.com/watch?v=NeqaMpwax2Y

Ergebnis des Test:

Stahlblech verzinkt.jpg

Viktor

... hab'n großen Chiller im Keller stehen, der mir aber noch etwas "zu groß" ist ... und eine etwas kleiner "Kühl-Säule" mit Aquarium-Pumpe ausm PC-Modder-Bereich, die ich noch suchen muß - die hatte ich auf den Messen als Kühlung für einen 3D-Drucker (das hot-end) verwendet und bekommt auch schon einiges weg.
Will das aber noch mit einem Temperatursensor/Wächter koppeln (falls die Leistung nicht reicht oder die kleine Pumpe mal aussetzt) -- was mehr Zeit braucht, als ich momentan zur Verfügung habe

Hab' außerdem noch die Hoffnung, daß das im Pulsbetrieb auch ohne Wasserkühlung geht -- hab' ausm letzten Projekt noch den Aufbau mit einer großen 10mm-Aluplatte, die schon passend für diese Dioden vorgebohrt ist, wo ich die dann dranschraube ... oder den "aktiv gekühlten" Aufbau mit 6 Peltier-Elementen ... wird aber auch nch etwas dauern.

So sah das mit 2 von den "schwächeren" 200W-Dioden auf dem Peltier-Kühler aus:

Elektronik-Positionierung.jpg

Viktor