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Anet A8 / 3.5W Laser

Posted by trapperjohn 
Anet A8 / 3.5W Laser
July 10, 2017 05:16AM
Ich mach mal hier auf deutsch weiter...
[forums.reprap.org]

Kurz zusammengefasst - ich möchte einen Anet A8 zum Laser Gravieren umrüsten. Der 3D Drucker lässt noch auf sich warten, aber die Laser Ausrüstung liegt schon (teilweise) hier.

Ich haben eine NUBM05 Laserdiode im 25mm Kupfergehäuse und Halterung:


Dazu den "großen" Treiber von Lasertack: [www.lasertack.com]

Wenn ich Viktor (VDX) richtig verstanden habe, sollte ich den Laser eher per PWM mit voller Leistung pulsen anstatt per analoger Modulation den Strom zu variieren.

Wie ist da jetzt eine "schlaue" Verkabelung? Sollte ich vor den Treiber noch eine Kombination aus D/A Wandler (bspw. MCP 4901) und Transistor oder Opto-Koppler setzen, um sowohl die Analogspannung einstellen zu können, als auch per PWM zu pulsen? Oder einfach die analoge Modulation ignorieren und nur auf PWM setzen... ?

Dann hätte ich noch eine Frage zur Versorgungsspannung des Lasertreibers - die Doku sagt, man sollte die Spannung nur etwas über der benötigten Laserspannung ansetzen (beim NUBM05 sind das max. 4.7V), ansonsten würde der Mosfet zu heiß. Da ich den Treiber gern mit 12V betreiben würde, macht mir das Sorge... Reicht hier ein Kühlkörper aus oder sollte ich noch Elektronik davorsetzen, damit der Treiber bspw. nur mit 7V betrieben wird?

Danke und Gruß,
Florian
VDX
Re: Anet A8 / 3.5W Laser
July 10, 2017 06:43AM
Hi Florian,

ich kann mit Pulsweiten-Regelung und "geschwindigkeitsunabhängiger" Puls-Generation (nicht das was normal als PWM ausgegeben wird) die effektive Laserleistung und damit auch das Ergebnis beim Gravieren viel besser/genauer steuern, als mit einfacher Analog-Regelung (es gibt auch "richtige" Analogregelung mit nichtlinearer Kalibration und Echtzeit-Geschwindigkeitsanpassung, die ist aber kaum bezahlbar eye rolling smiley).

MOSFET's bleiben nur beim direkten Durchschalten von Strom relativ kühl - werden sie für die Konstantstrom-Regelung eingesetzt, dann werden sie schnell ziemlich heiß, kaum anders, als Transistoren.

Du benötigst immer eine Überspannung als "Regel-Reserve", sonst bricht der Strom während der Puls-Dauer undefiniert ein, was keine gleichmäßige Leistung ergibt.

Je nach Treiber-Aufbau und IC-/MOSFET-Typen kann diese "Regel-Reserve" zwischen 2V und 5V betragen - bei den LM-Treibern und den IR-Laserdioden komme ich mit etwa 6 - 7V Versorgungsspannung hin, bei den blauen Laserdioden, die eine etwas höhere Spannung benötigen, dürften das ab 8V sein.

Und ja, je mehr "Überspannung", umso heißer werden die Treiber ...


Viktor
Re: Anet A8 / 3.5W Laser
July 10, 2017 07:17AM
Also sollte ich lieber in ein separates Netzteil oder einen DC-DC Converter investieren? Ich kann nicht wirklich einschätzen, wie viel der Unterschied zwischen bspw. 9V und 12V letztlich temperaturmäßig ausmacht...
VDX
Re: Anet A8 / 3.5W Laser
July 10, 2017 09:37AM
Hi Florian,

die 3.5W-Diode kann bei guter Kühlung bis max. 2.5A vertragen - zu empfehlen sind eher 2.3A (etwa 3 Watt optisch).

An der Diode dürften dabei etwa 4.5V abfallen - das macht dann rein rechnerisch etwa 10 Watt elektrisch für 3 Watt optisch, was noch "im Rahmen" liegt eye rolling smiley

Mit einer "Regelreserve" von 4.5V auf 9 Volt hast du dann zusätzlich nochmal knapp 10 Watt, die irgendwo in Wärme umgewandelt werden ... die Differenz zu einer Versorgungsspannung von 12V macht dann nochmals etwa (3V x 2.3A) knapp 7 Watt mehr aus, die du zusätzlich über den Kühlkörper wegbekommen mußt ...


Viktor
VDX
Re: Anet A8 / 3.5W Laser
July 10, 2017 09:45AM
... noch etwas zur "Beruhigung" - die volle "thermische Abfall-Leistung" von etwa 20 Watt hast du eigentlich nur beim Schneiden, weil die Diode da Dauer-AN ist -- beim Gravieren wird durch die kurzen Pulse und die deutlich längeren Pausen dazwischen die gemittelte "effektive" Leistung (und damit auch die Heizleistung) deutlich geringer - ich stelle mein Leistungs-Poti beim Gravieren auf etwa 5% bis 15% ein, wobei ich das auch noch zusätzlich mit der jeweils eingestellten Geschwindigkeit variieren kann ...


Viktor
Re: Anet A8 / 3.5W Laser
July 11, 2017 12:18AM
Quote
VDX
ich stelle mein Leistungs-Poti beim Gravieren auf etwa 5% bis 15% ein, wobei ich das auch noch zusätzlich mit der jeweils eingestellten Geschwindigkeit variieren kann ...

D.h. du hast ein Digital-Poti vor den Modulationseingang geschaltet? Das gleiche würde ich ja mit vorgeschaltetem D/A Wandler und Transistor/Mosfet/Optokoppler auch erreichen. Hmm .. mal sehen.

Ich besorg mir erst mal einen DC/DC Converter von 12V auf 7.5V, lieber auf Nummer Sicher gehen... Danke für die Tipps!
VDX
Re: Anet A8 / 3.5W Laser
July 11, 2017 05:43AM
... nein, ich habe einen kleinen Arduino (Wattuino) als "Laser-Controller" dazwischen - der "sieht" beim Einschalten oder nach einem Reset die am Poti anstehende Spannung und setzt anhand der die jeweilige Pulslänge zwischen 5 und 400 Mikrosekunden -- ab dann überprüft er den Laser-ON-Pin (und eventuelle Safety-Pins) und gibt bei Laser-ON (und Safety=OK) und einem ankommenden Puls einen der beim Booten gemessenen Spannung (Prozentwert) entsprechend langen Puls weiter an den Lasertreiber ...


Viktor
Re: Anet A8 / 3.5W Laser
July 19, 2017 01:29AM
Quote
VDX

die 3.5W-Diode kann bei guter Kühlung bis max. 2.5A vertragen - zu empfehlen sind eher 2.3A (etwa 3 Watt optisch).

Noch mal blöd gefragt - das Datenblatt spricht von "typical" 2.5A und "absolute max." 3.5A. Letzteres ist dann vermutlich direkt die Schwelle zum Tod und selbst die 2.5A sollte man zwecks langer Lebenszeit vermeiden?

Mittlerweile hab ich den Laser auch getestet, um den Treiber einzustellen ... ganz schön angsteinflößend ;-) Hat nur ein wenig gedauert, bis ich gemerkt hab, dass GND am Modulationseingang mit GND der Spannungsversorgung verbunden ist. Ich hatte die 0.2V per Spannungsteiler am Modulationseingang gesetzt - dank GND Verbindung auf einer Seite lag aber dann doch immer 5V an. Und ich hatte mich gewundert, warum der blöde Treiber den Strom nicht moduliert...

Wie sind denn deine Erfahrungen, was die Kühlung angeht? Reicht der 25mm Kühlkörper in der Alu-Aufnahme ohne Lüfter? Oder sollte (muss) ich auch den Lüfter noch einplanen? Den Mosfet des Diodentreibers hab ich mit großem Kühler ausgestattet, der braucht aber definitiv auch Belüftung.
VDX
Re: Anet A8 / 3.5W Laser
July 19, 2017 03:03AM
... schau mal ins Datenblatt, mit welchem Strom die 3.5 Watt spezifiziert sind - das ist normalerweise nochmal etwas weniger.

Der "Nominalstrom" ist die maximale Dauer-Einstellung bei "idealen" Verhältnissen mit "ausreichender" Kühlung.

In den typischen Aufbauten der Laser-Gravierer sind diese "idealen" Verhältnisse nicht gegeben - die Alu-Aufnahme selber, ohne gut wärmeleitenden Kontakt zu einer viel größeren "Thermischen Masse" oder einem größeren Rippen-Kühlkörper mit Lüfter reicht normalerweise nicht aus.

Du kannst das eventuell mit einem Thermo-Sensor überprüfen - wenn im Betrieb die Alu-Aufnahme über 30°C warm wird, ist das definitiv zu wenig!

Ich klemme die Diodengehäuse in einen kompakteren Alu-Block, der selber auf einem großen Alu-Profil sitzt, das auf die ebenfalls aus dickem Alu-Profil aufgebaute Z-Achse meiner CNC-Fräse aufgeschraubt ist. Mit einer Raumtemperatur zwischen 17°C (im Winter) und max. 22°C (im Sommer) habe ich eine ausreichende "Wärmesenke" um ohne Lüfter auszukommen -- ansonsten verwende ich möglichst große Rippen-Kühlkörper ...


Viktor
Re: Anet A8 / 3.5W Laser
July 19, 2017 03:14AM
Oh ja, du hast Recht, bei 2,5A werden schon 3,75W optical power angegeben:

[www.semicomvisual.com]
Re: Anet A8 / 3.5W Laser
August 14, 2017 05:10AM
Eine Kiste ist schon mal drumherum - z.Z. wird aber damit noch gedruckt...




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