В последнее время в продаже появились вполне доступные твердотельные лазеры, которые имеют достаточную мощность чтобы производить резку или гравировку различных материалов. Лазерный модуль выглядит как прямоугольный блок с небольшим вентилятором и отдельно к нему идет плата драйвера. Такие лазеры в первую очередь будут интересны тем у кого есть ЧПУ станок. Устанавливается лазер вместо штатного фрезера.
Внутри лазерный модуль состоит из собственно лазерного диода (3), коллиматора(5), патрона (2,4) и внешнего радиатора (1), который выполняет функцию охлаждения.
В качестве лазерного диода применяется кристалл алюмината галлия, длинна излучения порядка 445нм. При работе потребляет весьма значительный ток и имеет КПД порядка 25%. Это означает, что если лазер имеет мощность 2Вт он должен потреблять 8Вт при этом мощность которую необходимо рассеять с помощью радиатора составит 6Вт. Эти лазеры представляют большую опасность для органов зрения, поэтому нужно применять очки при их работе. Неосторожное обращение с лазером может привести к полной потере зрения.
Коллиматор это набор линз (может быть одна линза в нашем случае это несколько линз), его задача сфокусировать свет от лазера в прямую или в острый конус. Отрегулировать фокус можно вращая коллиматор, при этом он перемещается ближе или дальше от лазерного кристалла. Надо заметить, что хоть лазер хоть и имеет очень маленькую площадь излучателя, но она по форме скорее ближе к прямоугольнику чем к точке, соответственно при фокусировке на обрабатываемой поверхности можно получить разную толщину следа, который оставит лазер в зависимости от направления движения. Чтобы свести этот эффект к минимуму нужно тщательно фокусировать лазер на обрабатываемой поверхности.
Патрон в котором установлен лазерный диод выполняет сразу две функции: Во первых он отводит тепло от диода и распределяет его по своему корпусу для лучшего термоконтакта с радиатором. Во вторых он механически сопрягает лазер и коллиматор, позволяя последнему перемещаться вдоль своей оси.
Задача внешнего радиатора рассеять тепло и не допустить чрезмерного роста температуры. Ввиду того, что площадь радиатора небольшая, а тепловая мощность значительна , применяют активное охлаждение вентилятором. Если последний не исправен вполне вероятна преждевременная деградация лазерного кристалла из-за перегрева.
Драйвер лазера требует напряжение питания 12V и ток порядка 1-3А в зависимости от мощности.
Для сравнения были приобретены несколько разных лазеров :
- Приобретен в магазине DZT`s Store, заявленные параметры 5500мВ 450нМ
- Приобретен в магазине J&J Store, заявленные параметры 2500мВ 450нМ
- Tiangreen , заявленные параметры 2000мВ 450нМ, в количестве двух штук.
- Приобретен в магазине JingBiao Automation, заявленные параметры 2000мВ 450нМ
Результаты замеров представлены в таблице:
где
- Pп – Полная мощность потребляемая лазером и драйвером
- Pд – Мощность потребляемая диодом
- Iд – Ток потребляемый диодом
- Ud – Напряжение питания диода
- Lb – Максимальная освещенность, которую дает лазер без коллиматора на расстоянии 1.5 метра
- Pл – Расчетная мощность лазера, при условии что КПД равен 25%.
Как видно из таблицы тенденция увеличения мощности от того что написано на этикетке имеется, но вот как бы разница более чем в два раза по заявленной мощности оказывается на практике всего в 1.6 по потребляемой. Расчеты показывают, что до заявленной мощности лазеры явно не дотягивают, а вот по цене оказываются завышены.
Что касается освещенности, то это попытка заменить ваттметр (который стоит 400$) люксометром. Понятно что это все “попугаи” и максимальная освещенность наблюдается только по центру оптической оси и то не всегда, но кое о чем все же сделать выводы можно.