Лазерная трубка CO2 40W и другие компоненты лазерного станка для самостоятельной сборки

Обзор-распаковка лазерной трубки 40W, а также аксессуаров для сборки или ремонта лазерного станка (гравера/резака).
Это скорее не полноценный обзор, а пост из серии «смотрите, что я купил», так как из-за специфики оборудования провести полное тестирование вот так сразу проблематично, мой станок еще в достройке.

В обзоре будет краткая информация по лазерным станкам, СО2 трубкам, дополнительному оборудованию и запчастям для сборки станка, схемы подключения и так далее. Внимание: много фотографий.

Привет всем читателям Mysku!

Хочу познакомить вас со специфическим оборудованием, предназначенным для сборки (или ремонта) лазерного режущего/гравирующего станка. Все наверняка слышали про лазерную резку и услуги раскроя лазером. Как правило, эти услуги оказываются на промышленных станках с мощным лазером. СО2 лазер – это один из самых дешевых вариантов, имеет низкую удельную стоимость ватта излучения. Распространенные СО2 трубки имеют мощность от 40W до 100W. Внутри смесь газов на основе СО2 и контур жидкостного охлаждения. Питается лазер от высоковольтного источника напряжения примерно 20…40кВ, в зависимости от мощности. Также от мощности лазера зависят размеры трубки: чем мощнее, тем длиннее трубка, ну еще и диаметр увеличивается.
Сам станок представляет собой станину с механикой по XY, привод по Z в бюджетных моделях отсутствует (там регулировка осуществляется исключительно фокусировкой лазерного пучка на нужную высоту). Работа осуществляется под управлением специальными контроллерами из программы на компьютере.

Основа любого подобного станка – это СО2 трубка. Есть и другие виды лазеров (твердотельные, волоконные), сейчас я их рассматривать не буду, так как СО2 все-таки до сих пор является наиболее дешевым источником лазерного излучения с большой мощностью.

Дисклеймер: лазерное излучение является потенциально опасным. Следует принимать меры предосторожности при работе и обслуживании лазера, а также использовать защитные средства (очки). Будьте внимательны при контакте с высоковольтной частью оборудования. Обязательно подключайте заземление к высоковольтной части и к корпусу станка. Лазер 40W режет фанеру, а что он может сотворить с тканями человеческого тела лучше не проверять

Фото из одного из отзывов

Про этот тип лазеров <a
href=«ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80»>Вики говорит следующее:

Углекислотный ла́зер, лазер на углекислом газе (CO2-лазер) — один из первых типов газовых лазеров (изобретен в 1964 году). Один из самых мощных лазеров с непрерывным излучением… Их КПД может достигать 20 %.
… Активной средой углекислотных лазеров является газообразная смесь CO2, азота (N2), гелия (He). Иногда в смесь также добавляется водород (H2) или ксенон (Xe).

Фотографии среднестатистического китайского лазерного станка


Для затравки покажу видео, на котором видна работа лазерного резака по прозрачному акрилу

Собственно говоря именно это видео и сподвигло меня собрать лазерный станок

Самостоятельная сборка лазерного станка не сложная, как правило не занимает долго времени и не требует специальных знаний (шутка)

Лазерный режущий станок представляет собой рабочую область с механизмом перемещения зеркал и линз, рядом установленную трубку и высоковольтный блок питания (ВВ). Все это закрывается кожухом/корпусом.
Иногда делают окошки для наблюдения, но это чревато – стекло не должно пропускать излучение СО2 лазера, около 10мкм.
В отличие от твердотельных лазеров, здесь не перемещается лазерный модуль непосредственно. Трубка громоздкая, хрупкая и требует водяного охлаждения. Вместо этого используют кинематическую схему с перемещающимися зеркалами.

Лазерное излучение выходит из трубки, попадает на зеркало, установленное под 45° и поворачивающее луч на 90° в рабочую зону. Следующее зеркало закреплено на профиле оси Х, перемещается вместе с этой осью. Оно также поворачивает луч на 90°. На самой оси установлена каретка с специальной головкой (laser barrel, laser focusing head), в которой помимо еще одного зеркала, поворачивающего луч из горизонтальной плоскости вертикально вниз, установлена фокусирующая линза, собирающая лазерный пучок в точку. Таким образом происходит перемещение лазерного излучения в плоскости XY.

Дополнительно на головку подводят сжатый воздух, с целью создания избыточного давления около линзы и отвода продуктов горения непосредственно от точки реза.
Как правило, кинематическая схема собрана на рельсовых направляющих (рельсы HWIN/MGN) либо ролики+профиль. Приводится в движение ремнями. Это дает большую скорость перемещение при легкой головке.
Для подключения трубки потребуется источник ВВ напряжения, система жидкостного охлаждения (насос, датчик протока жидкости, рабочая жидкость и трубки/фитинги). Плата управления совместимы с Mach3 либо сделаны под другой платный софт, бывают варианты под Arduino.

Несколько слов про электрическую часть и трубку.
Собственно говоря, информации по сборке или ремонту достаточно много. Можно модернизировать старый китайский станок установкой более мощной трубки и другой электроники, а можно собрать с нуля, большой сложности не представляется.

Для начала нужно выбрать компоненты для сборки и параметры будущего станка (размеры, фокусное расстояние/высота головки)

Вот примерный перечень деталей, необходимый для сборки лазерного станка:

1. Профиль или рама для станка. Я использую конструкционный профиль типа 40х40 или 60х60
2. Рельсы MGN/SBR, недорогой и небольшой вариант можно сделать на валах 12-12 мм (лучше ограничить размеры обрабатываемой поверхности в этом случае).
3. Ремни HTD, то есть широкие 15 мм, черного цвета.
4. Трубка СО2. При покупке уточняйте дату заправки, так как со временем газ разлагается. Трубка стеклянная, так что упаковка и доставка должна быть качественная. Не ищите с бесплатной доставкой, лучше курьерской почтой.
5. Держатель трубки
6. Источник ВВ напряжения (блок питания). В моем случае 40Вт
7. Датчик протока воды
8. Насос
9. ВВ провод, разъемы
10. Плата-контроллер для компьютера (есть варианты под Mach3, Linux CNC/EMC2 Control, есть под другой софт, есть с LPT, USB, LAN подключением, есть на основе Arduino).
11. Двигатели и драйверы. Также можно взять на ваш вкус.
12. Держатели зеркал и Laser barrel head – фокусировочная трубка и крепежи зеркал.
13. Комплект зеркал (линз): три отражающих и одно фокусирующее. Обычно используют из селенида цинка ZnSe, или просто линзы покрытые чем либо отражающим (Si/Cu).
14. Мелочевка – метизы, крепежи, приводные звездочки и прочее.
15. Корпус. Можно изготовить самостоятельно из ДСП и прочих радостей.

Основные задействованные контакты:
USB/LAN/LPT порт для компьютера и получения управляющих сигналов.
Далее подключаются 2 шаговых двигателя. Основные сигналы: Step, Dir на драйвер, с драйвера 4 провода на обмотки A+/A-, B+/B-. Бользих вопросов такое подключение не вызывает. Для больших станков есть смысл поставить Nema23 и драйверы типа TB6550/TB6600 (обзор сделаю чуть позже), для небольших размеров ( примерно до 30х40, формат листа А3) можно Nema 17 и простые драйверы типа A4988/DRV8825

Схема подключения блока ВВ питания

Управление мощностью осуществляется с помощью PWM сигнала с платы (20-50 кГц) или потенциометра.
WP — сигнал с датчика протока воды (или насоса, если стоит чиллер). Если ничего нет, можно поставить перемычку. Этот сигнал нужен, чтобы лазер не перегрелся и не работал бы без охлаждения.
G — это общий сигнал (земля/ноль/минус)
H или L — это сигналы включения лазера. Используется либо один вариант, либо другой. Это зависит от конкретной платы управления. H — высокий уровень, L — низкий уровень включения.

Далее, на выходе два провода: высоковольтный (+) и низковольтный (-). Обязательно требуется заземление блока ВВ питания и корпуса станка.

Управляющая программа типа Mach3/LinuxCNC/LaserCut или другие, подает команды перемещения по плоскости, команды включения/выключения излучения, а также регулировки мощности (актуально для гравировки). Дополнительно включен насос для охлаждения, воздушный компрессор, вытяжка.

Теперь покажу, что успел приобрести. Все посылки доставлялись SPSR
Трубка СО2
Параметры:
Мощность: 40 Вт
Длина: 700 мм
Диаметр: 50 мм
Охлаждение: жидкостное.

Упаковка внутри посылки

Упаковка качественная, в несколько слоев картона и пупырчатой пленки

Присутствует несколько наклеек типа «Осторожно хрупкое»

Вскрываем коробку, а там… еще упаковка

Достаем вторую коробку

Внешний вид второй коробки

Внутри находится сама трубка СО2

Длина лампы 70 см, диаметр 50мм

Дата заправки газом 19 мая 2017. Китайское ОТК расписалось в приемке

Внутри хорошо видно встроенный контур охлаждения

Наклейка «Лазер, осторожно»

Первый фланец





Торец заглушен, внутри отражение

Второй торец — видно зеркало с углом Брюстера

Если поймать отражение, то сложится впечатление, что зеркало светится

Минусовой контакт для подключения источника находится именно с этой стороны

Трубку требуется установить на специальные крепления

Пример расположения трубки в задней части станка. Хорошо видно линзу под углом в 45 градусов.

Еще фото. Специальный крепеж можно заменить на хомуты из магазина сантехники.



Для питания трубки нужен ВВ источник
Достаточно увесистый.

Пришел в отдельной упаковке, даже отделной посылкой, несмотря на то, что ордер был один.

Весь проложен надутым материалом

Достаем картонную упаковку

Внутри большой металлический источник, похожий на компьютерные блоки питания. Но сходство только внешнее

Размеры сравнимы с компьютерным источником питания. Корпус оклеен защитной пленкой


Вид со стороны подключения.


Присутствует переключатель 110/220В

Вскрываем, внутри плата преобразователя, суть которой сходна с преобразователем строчной развертки ЭЛТ телевизора.

Установлены 2 шт TL494CN, остальное мелочевка. Реализована схема повышения на умножителе и повышающем трансформаторе.


Внешний вид платы

ВВ трансформатор (строчник)


ВВ провод для подключения. Характеристики: 22AWG, выдерживает 40kVDC, то есть до 40кВ напряжения постоянного тока. Присутствует двойная изоляция. Наружний диаметр 4,5мм.

маркировка

зачищен


ВВ разъем. Пришел вместе и другими запчастями, в простом пакете.

Комплект разъема представляет собой две половинки, два штырька, уплотнения. Соединение под винт.

Вот примерно как собирается вместе

Начинаем собирать разъем


При заказе обратите внимание, бывает кабельный, бывает блочный

Удобно для контроля тока подключить в разрыв минусовой цепи амперметр

Зеркала и линзы. Бывают отражающие, бывают фокусирующие

Нужно 3 отражающих и одно фокусирующее, лучше брать с запасом.
Линзы пришли в огромной коробке, проложенные мягким материалом внутри

убираем надутую пленку и достаем коробки


Внутри коробки одна или несколько зеркал в обертке


Упакованы в коробку


Зеркала и линзы небольшие

Также хорошо отражают свет

Виды линз и зеркал

Устанавливается в специальную фокусирующую трубку

При выборе нужно определиться с фокусом зеркал

Фокус у линзы фиксированный, бывает 1.5”, 2”, 2.5, 3” в зависимости от станка и толщины материала. Самый распространенный вариант это 2”.
Комплект держателей



Пример установки зеркал на оси


Фокусирующая трубка


К сожалению из-за специфики оборудования, я не могу пока предложить полный тест-драйв лазерной трубки. Вот хорошее видео с Ютуб.

Еще один тест:


Видео работы лазера по бальсе (моделисты меня поймут)

Работа по фанере



Немного информации:
Магазин с запчастями для лазерного оборудования Tenen laser store
Как я покупал лазер — отзыв на гииктаймс
Отзыв владельца лазера
Пример самодельного лазера и общая информация
Как создать свой лазер 55Вт

Ссылки на основные компоненты:
Трубка СО2
источник высокого напряжения для трубки
Зеркала
Фокусировочная линза
ВВ кабель
ВВ разъемы
Насос
датчик протока воды
Комплект держателей
Можно вообще найти готовые комплекты для сборки станка. Как говорится, просто добавь воды профиль.


Пока все, чуть попозже сделаю более подробный обзор комплекта держателей и линз, дальше буду держать в курсе процесса сборки станка. Спасибо!