Тема: Какой лазер выбрать для гравировки

[Sherzod]

Здравствуйте, уважаемые форумчане!

На ютубе смотрел несколько видеороликов про самодельные лазерные "станки" (от DVD приводов) для гравировки и задумал тоже сделать. Начал читать про безопасность и наткнулся на ваш форум. Теперь понимаю что в теме лазеров я полный ноль, надеюсь пока что. Вот и вопросы насчет характеристик лазеров:
1. Не могли бы вы мне объяснить человеческим языком что означает единицы измерения - нм? Нанометр? Какую информацию дает этот параметр, то есть чем больше тем лучше или наоборот?
2. Мощность - Вт, мВт. Тот же вопрос. Что дает этот параметр? Например на алиэкспресс в описании лазерных указках пишут 500 или 10000 мВт. Большая разница между одними и теми же товарами на мой невооруженный взгляд.
3. При гравировки имеет ли расстоянии между источником лазера и гравируемым предметом? Например на тех же самодельных станках расстояние примерно 10-20 см. А не лучше ли сократить расстояние до 1-2 см для лучшего эффекта или эффект будет таким же? А если расстояние 1, 10 м? Интересна теория.

И главный вопрос, какие характеристики должны быть у лазера для гравировки на дереве, на металле? Также интересен вопрос резки лазером дерево, например толщиной 5 мм.

[Gall]

1. Нанометр. Длина волны излучения, то есть, фактически, цвет луча. Применительно к диодным лазерам совершенно не играет никакой роли.

405 нм - фиолетовый
445 нм - синий
532 нм - зеленый
650 нм - красный
808 нм - инфракрасный (осторожно, невидимый! опасно!)
Более полно здесь: http://laserforum.ru/index.php?topic=106.0

Есть одно особое исключение. Если длина волны очень большая, 10000 нм или около того, то для такого "цвета" обычное прозрачное стекло является непрозрачным. Поэтому такие лазеры способны резать и гравировать оргстекло и другие прозрачные пластмассы. Но такой тип лазеров только один, это CO2-трубки, стеклянные, длиной от полуметра и более. Все остальное имеет длины волн от 400 до 1000 нм, то есть либо видимые, либо ближний инфракрасный. В этом диапазоне все длины волн ведут себя одинаково, если не считать того, что они разных цветов, а некоторые невидимые.

2. Мощность излучения в луче. Определяет (а) способность лазера жечь и (б) опасность лазера. мВт - милливатты, Вт - ватты, 1 Вт = 1000 мВт.

1 мВт: лазер считается безопасным, может использоваться как указка.
5 мВт: лазер становится опасен для глаз. В большинстве стран начиная с этой мощности лазеры попадают под ограничения и запреты.
30-50 мВт: случайное попадание луча в глаз способно сделать инвалидом на всю жизнь. Для глаз опасны даже случайные блики. Лазер способен поджечь темную бумагу, картон, дерево.
100 мВт: луч может, если не повезет, устроить пожар. Может грубо выжигать по дереву.
1 Вт: лазер поджигает даже белую бумагу. Становится возможно что-то резать, а не только грубо портить материал. Края разреза некрасивые, обгоревшие. Смотреть на место, куда попадает лазер, так же опасно, как смотреть на сварку.
5 Вт: можно более-менее уверенно резать нетолстый картон, шпон. Чем толще материал, тем хуже качество краев разреза.
40 Вт: можно резать фанеру 4-6 мм и получать при этом ровный рез. Это мощность самых дешевых готовых лазерных резаков (если не брать в расчет совсем уж игрушечные).
60 Вт: качественно режет фанеру 6-10 мм.

3. Все точно так же, как при выжигании по дереву лупой: точка жжения должна находиться в фокусе линзы. Причем, чем короче фокус, тем меньшего размера можно сделать точку. Настоящие промышленные резаки работают с расстояния в сантиметры. Ближе сделать можно, но не нужно: некоторое расстояние требуется для отсоса дыма, которого образуется очень много. На расстояниях больше 20-30 см будут большие трудности с получением маленького пятна, потребуются линзы больших размеров, поэтому так не делают. (Плюс проблемы безопасности, да.)

Для резки дерева 5 мм надо сразу брать нормальный CO2-резак на 40 Вт минимум. Если есть место в мастерской и деньги, то сразу 60-ваттный. Все, что меньшей мощности, как-то резать, конечно, будет, но резка будет идти очень медленно, края реза будут сильно обугливаться - в общем, вы не захотите такой результат. У готового резака вся механика, все системы безопасности, весь софт уже есть, с ним легче. Только учтите, что лазерный резак дымит очень сильно, вам потребуется в обязательном порядке труба вытяжки от резака прямо на улицу. Даже не думайте выпускать этот дым в помещение.

Для выжигания по дереву можно начинать с мощности в 1-5 Вт, но: у дешевых лазеров луч очень плохой формы и плохо фокусируется, причем чем мощнее, тем хуже. Цены на хорошие лазеры тут таковы, что дешевле взять сразу китайский 40-ваттный резак и не маяться дурью.

Металл - отдельная песня. Все эти лазеры на металле не оставляют вообще никакого следа. Чтобы что-то получилось, требуется мощность от тысяч ватт и более. Такие лазеры существуют. Работа по металлу обычно делается короткими импульсами, импульс очень мощный (может достигать гигаватт), но и очень короткий (иногда даже наносекунды). Бывают импульсы послабее и подлиннее, до миллисекунд, бывают и мощные непрерывные лучи (тут требуется очень много электричества и охлаждение водой, как для очень большого сварочного аппарата). Про самоделки для работы с металлом забудьте сразу, это другая весовая категория.

Есть одна лазейка. Хотя лазер металл не жжет, химия может. Существуют специальные составы, которыми мажут металл и которые под действием луча лазера начинают металл разъедать. И еще есть фоторезист, можно покрыть металл светочувствительным слоем, нанести на него изображение лучом, а потом проявить, как фотографию. (В последнем случае и лазер не нужен, можно обойтись обычной ультрафиолетовой лампочкой и картинкой, напечатанной на принтере на прозрачной пленке.) После проявления либо получается картинка краской по металлу, либо можно металл протравить и получить гравюру.

[Gall]

По безопасности. С резаками это как раз просто. Что надо понимать: лазер - он ничем от бензопилы в принципе не отличается. Что может разрезать дерево, может разрезать и человека. От бензопилы защита какая? Руки под нее не совать. С лазером сложнее, он "дальнобойный", поэтому его просто засовывают в защитный ящик. Надо только сделать, чтобы ящик был непрозрачным для луча и не имел щелей. С CO2-лазером это легко, для него обычное стекло непрозрачно. С другими лазерами нужно цветное стекло.

Стоит ли делать самоделку: спорно. Стоимость китайского резака меньше, чем суммарная стоимость всех его деталей в розницу. Поэтому, если нет в наличии каких-то "бесплатных" деталей, заводской будет дешевле самодельного. Но самоделка может иметь смысл из спортивного интереса или ради получения каких-то особых характеристик, не таких, как у серийной техники. Но тогда стоит задуматься и о переделке серийной модели. Например, взять начинку из маленького китайского резака и переделать ее для резки фанеры больших форматов. (У самых дешевых резаков рабочее поле чуть ли не формата A4, и ограничено оно не лазером вовсе, а тупо размерами ящика и длинами направляющих.)

[Sherzod]

Огромное спасибо за ответы! Очень четко разъяснили, все по полочкам! Вы даже ответили на последующие вопросы, которые возникали у меня в голове при чтении вашего ответа. Ясновидец?)) Вам надо книгу написать.

Как вы правильно заметили готовые китайские резаки мне не нравились из-за маленьких размеров. Но вы дали мне хорошую идею насчет переделки готового резака под свои нужды. Об этом я не подумал, поэтому планировал собирать сам.
Как я понял если мощность лазера от DVD-RW 300 мВт, значит он еле годится для гравировки на дереве и пластике?
И пока что последний вопрос: мощность лазера, например те же 3 Вт, это потребляемая мощность электроэнергии из электрической сети?

[AlexDark]

Нет. Зависит от типа лазера. От сети может потребляться и 30вт и 300квт. В резаках считайте на диодах КПД процента 2

[Gall]

У лазеров, в отличие от электролампочек, пишут мощность света на выходе, а не электричества на входе. 100-ваттная лампочка потребляет 100 Вт, а светит какими-то жалкими процентами от этой сотни. 1-ваттный лазер, наоборот, светит ровно 1 ваттом, а электричества потребляет... сколько надо. Дальше - зависит.

У хорошего диодного лазера КПД самого диода может быть даже и 60%. Остальные 40% идут на нагрев диода. Но это только сам диод. Перед ним есть еще источник питания ("драйвер"), у которого тоже есть КПД. Драйвер питается не от сети, а от низкого напряжения, значит, перед ним еще один блок питания. КПД всей цепочки в целом может быть довольно низким.

У CO2-лазера КПД трубки высокий, блок питания работает прямо от сети. Но речь идет о больших мощностях, поэтому трубку нужно охлаждать проточной водой. Потребуется насос вроде аквариумного и вода не из-под крана, лучше с присадками, а то стеклянную трубку от накипи и ржавчины изнутри почистить невозможно.

У меня был старый гелий-неоновый лазер мощностью 20 мВт. Так вот, на него требовалось подавать электричества на саму трубку около 50 Вт, и это без учета потерь в блоке питания! КПД меньше 0.1%! С новыми лазерами такого типа все не так плохо, но КПД все равно низкий.

Еще бывают системы, в которых лазер накачивается от лазера, потом всяко преобразуется. Тут, разумеется, потери во всех частях накладываются.

По мощности. Лазер 300 мВт - именно что еле годится. Видимый след он оставляет, но на дереве получится некрасиво. С деревом надо работать быстро, оно неоднородное. Если луч по дереву вести медленно, то кое-где деревяшка будет успевать пыхнуть и обуглиться некрасивым пятном, а кое-где, наоборот, следа почти не будет. Поэтому качество работы по фанере напрямую связано с мощностью. Чем мощнее луч, тем быстрее его можно двигать, тем ровнее будет получаться. С пластиком легче, но пластик при долгом нагреве по одному месту может поплыть, тонких линий не сделать. Экстремальный пример (физически не вполне корректный, но для иллюстрации сойдет): короткий импульс 1-мегаваттного лазера способен снять с бумаги типографскую краску, не повредив при этом саму бумагу. А 1-ваттным лазером такого эффекта не добиться в принципе никак, он бумагу подожжет, но краску не снимет.

Китайские резаки бывают разными. У нас тоже китайский, но с полем полтора метра на метр или около того. Хороший очень, но недешевый. В самых маленьких резаках есть 40-ваттная трубка, оптика к ней, блок питания и шаговые двигатели. Электроника там плохая, можно считать, что ее нет. Корпус тоже плохой. Но даже если резак рассматривать просто как набор перечисленных деталей, он дешевле, чем все эти детали вместе. Докупить придется хорошие направляющие, материал для корпуса и хороший привод шаговых двигателей. И к любому лазеру - мощный вентилятор на вытяжку дыма (лучше центробежный), воздуховоды, насос водяного охлаждения, канистру для воды, радиатор (большой компьютерный или небольшой от автомобиля, алюминиевый или медный, сталь нежелательна) и шланги. Кстати, из-за всего этого огорода разница по фактически занимаемому месту у маленького резака и у большого почти отсутствует. В самодельной конструкции резака надо под столом для резки (он сетчатый, сотовый) предусмотреть большое закрытое пустое пространство. Луч будет проходить насквозь, и до попадания в стенку ящика должен разойтись до безопасного диаметра. Туда же будут падать зола и мелкие обрезки. Дымоудаление подключается к этому пространству, а под саму линзу рекомендуется дуть чистым воздухом от маленькой помпы, чтобы отгонять от нее дым.

Как я уже говорил, дыма очень много. Если его некуда девать, то лучше не начинать. Фреза гораздо "экологичнее", хотя и не так удобна. И, если что, ПВХ лазер резать не может. Выделяющиеся при этом продукты повреждают линзу, не говоря уж о токсичности для человека.

[disel]

Не стал новую тему создавать. Тут напишу.
Вот вы говорите что для гравировке на чистом металле надо мощный лазер. Я так понимаю более 100вт.
Но есть же в продаже волокно лазерная печать.  И там мощность 15-30вт. Как так? Зачем тогда такие навороченные по пол киловата аппараты, если есть такие варианты. https://ru.aliexpress.com/item/Yongmao-20/32843658377.html?spm=a2g0v.search0204.3.258.6d886538qwt69x&ws_ab_test=searchweb0_0%2Csearchweb201602_2_10152_10065_10151_10344_10068_10342_10343_10059_10340_10341_10696_100031_10084_10083_10103_524_10618_10624_10307_10623_10622_10621_10620%2Csearchweb201603_1%2CppcSwitch_4_ppcChannel&algo_expid=b64c0d9b-e364-409a-8762-6b634c698863-38&algo_pvid=b64c0d9b-e364-409a-8762-6b634c698863&transAbTest=ae803_1&priceBeautifyAB=0

[Gall]

Не надо путать мощность непрерывного лазера со средней мощностью импульсного. Этот лазер 20 Вт дает в среднем, а работает он очень короткими импульсами много раз в секунду. Паузы между импульсами относительно большие. В таких импульсах не то что киловатты, в них даже гигаватты бывают.

[disel]

И? получается что СО2 это вчерашний день?

Мне надо делать гравировку на металле (бирки, теснение на лезвии ножа, фляжки). У меня есть хороший 3D принтер. На его механике хочу собрать аппарат. Зачем мне  тогда брать огромный станок с трубкой СО2 если проще взять лазерный блок (оптоволоконный лазер) и посадить его на механику 3D принтера. Например такой на 17вт. (мощнее не встречал). https://ru.aliexpress.com/item/5-10-15-17-450nm/32888676189.html?spm=a2g0v.search0204.3.52.f319571fz61pzv&ws_ab_test=searchweb0_0%2Csearchweb201602_2_10152_10151_10065_10068_10344_10342_10325_10546_10343_10340_10548_10341_10696_10084_10083_10618_10307_10059_100031_524_10103_10624_10623_10622_10621_10620%2Csearchweb201603_1%2CppcSwitch_7_ppcChannel&algo_expid=2752c623-9726-4048-b17c-fea9d6a2b851-8&algo_pvid=2752c623-9726-4048-b17c-fea9d6a2b851&transAbTest=ae803_2&priceBeautifyAB=0

Прошу помочь советом в реализации этого проекта.

[Gall]

И? получается что СО2 это вчерашний день?

Нет, это принципиально разные методы обработки. CO2 - это непрерывный лазер. Он очень хорошо работает по горючим материалам, резка основана на окислении кислородом воздуха или на плавлении. Фанера, оргстекло, картон - лучше CO2 тут ничего нет. Главное, что при его длине волны прозрачное оргстекло непрозрачно, поэтому он легко режет даже прозрачные пластмассы. И при этом дешев и очень надежен.

Очень мощный CO2 может резать и металл, и бывают импульсные CO2. Маломощный CO2 может гравировать по металлу химически: существуют специальные едкие составы, которые разъедают металл только под лучом лазера. Но у таких методов много недостатков.

Часто работа по металлу ведется короткими импульсами, в которых мощности достигают миллионов, иногда миллиардов ватт. О таких лазерах принято говорить в терминах энергии импульса (в джоулях), а не мощности. Средняя мощность может быть низкой, даже милливатты, главное, чтобы импульс был короткий и сильный. На таких мощностях образуется плазма даже просто из воздуха, а металл просто испаряется. Из лазеров такого типа самый дешевый - это Nd (Nd:YAG, Nd:YVO4 или Nd:стекло) или Yb, сейчас чаще всего в волоконном варианте, а если старый - то с ламповой накачкой. У них длина волны 1064 нм, это случайно так получилось. Такие же лазеры можно использовать для гравировки изображений внутри стекла, так как толстый луч сквозь стекло проходит, но в фокусе даже прозрачное стекло не выдерживает. (Да не то что стекло, в фокусе и воздух не выдерживает, гуглить "лазерная искра").

Зачем мне  тогда брать огромный станок с трубкой СО2 если проще взять лазерный блок (оптоволоконный лазер) и посадить его на механику 3D принтера.

Для гравировки по металлу CO2 - довольно неудачный вариант. У него другие сильные стороны, но не эта. Как раз по металлу неодимом лучше работать.

Например такой на 17вт. (мощнее не встречал).

Не смотрите на эту мощность вообще, смотрите на энергию одиночного импульса в импульсном режиме. Все зависит только от нее. Мощность - это просто число импульсов в секунду. Если она маленькая, то это просто в секунду мало импульсов, медленно работать будет и все. Главное, чтобы один импульс сильный был.

Тут лучше всего подойдет готовый станок для лазерной маркировки. У него лазер не движется, у него большая линза, как у проектора, и движется только луч (отклоняется зеркалами или подвижной линзой).

https://ru.aliexpress.com/item/5-10-15-17-450nm/32888676189.html?spm=a2g0v.search0204.3.52.f319571fz61pzv&ws_ab_test=searchweb0_0%2Csearchweb201602_2_10152_10151_10065_10068_10344_10342_10325_10546_10343_10340_10548_10341_10696_10084_10083_10618_10307_10059_100031_524_10103_10624_10623_10622_10621_10620%2Csearchweb201603_1%2CppcSwitch_7_ppcChannel&algo_expid=2752c623-9726-4048-b17c-fea9d6a2b851-8&algo_pvid=2752c623-9726-4048-b17c-fea9d6a2b851&transAbTest=ae803_2&priceBeautifyAB=0

Это - непрерывный лазер, слабый и фуфловый. Работать будет ОЧЕНЬ плохо. И луч у него плохой, составлен из многих отдельных лучей. Не волоконный это лазер, а просто обычные китайские диоды натыканы, как в указках, много сразу. Не тратьте на это деньги. Тем более, что за такую цену почти наверняка обманут с мощностью.

[disel]

А какой лазерный блок порекомендуете для начала? гравер маркерный нет возможности покупать, хотел бы взять лазерный блок и посадить его на железо 3D принтера.

[Gall]

С металлом, увы, дешевых вариантов нет. Лазер - это 90% стоимости лазеного маркера. Обратите внимание на лазерное травление (гравировка после обработки поверхности специальным химическим составом, после гравировки состав удаляется).

Параметры лазеры для гравировки: энергия импульса 0.5 - 1 мДж, мощность самого импульса 10 кВт, мощность в среднем 20 Вт. (Из чего ясно, что лазер работает всего 1/500 часть всего времени, импульс в 500 раз мощнее среднего). Если не требуется высокая скорость, можно попробовать приспособить какой-нибудь маленький квантрон на Nd:YAG, это на eBay поищите.

[Touareg07]

Можно ли переделать синий лазер 5В(в реальности 2,5-3В) с китайского станочка cnc на более мощный лазер?
Если да, то кто может заменить в нем диод и на диод какой реально максимальной мощности?
Кто может дать ссылку на магазин на лазерный модуль с самой высокой реальной мощностью, а это как утверждают
спецы максимум 6-7В ?
Спасибо!

[Gall]

5 Вт, а не 5 В.

Нельзя, если задача - пользоваться, а не побить рекорд мощности. Номинальная мощность у лазерных диодов, которые реально купить, как раз те же 5 Вт и есть, а для долгой службы желательно на 3 Вт и работать. До 7 Вт они выдать способны, но живут очень недолго: по сути, зафиксировать рекорд и умереть.

Из практики, реальная CNC-резка начинается от 20-30 Вт. Мы работаем на 80 Вт. Такие мощности на лазерных диодах при сохранении приемлемой формы луча пока недостижимы.

[Touareg07]

5 Вт, а не 5 В.

Нельзя, если задача - пользоваться, а не побить рекорд мощности. Номинальная мощность у лазерных диодов, которые реально купить, как раз те же 5 Вт и есть, а для долгой службы желательно на 3 Вт и работать. До 7 Вт они выдать способны, но живут очень недолго: по сути, зафиксировать рекорд и умереть..

Спасибо, понял!
А ссылочку на Алиэкспрессе можете дать на лазерный модуль с реальными 5Вт ?
А то один лазер взял и вернул... По описанию 12Вт , но с реальными 7Вт. Так это чудо не смогло прожечь фанеру 4мм,
и это при том что мой слабачок это выполнил...