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Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?

Posted by VDX 
VDX
Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 15, 2019 07:44PM
Hallo Leute,

in den letzten Jahren sind immer stärkere IR-Laserdioden entwickelt und meist zum Pumpen von Faserlasern verwendet worden - ein paar davon mit 9Watt hatte ich hier schon ein paarmal vorgestellt ... mit denen ließ sich aber nicht allzuviel machen, außer dunkle Farbe weggravieren oder schwarzen Kunststoff schneiden eye rolling smiley

Inzwischen gibt es immer stärkere Laserdioden auf ebay, die so langsam in den "interessanten Anwendungsbereich" kommen!

Vorher hatte ich auch einige 25Watt-IR-Laserdioden mit einer angekoppelten 0.1mm-Faser bekommen, mit denen schon etwas mehr ging ... für Metall Gravieren hat das aber auch noch nicht gereicht ...

Jetzt kann man aber schon aus ausgemusterten oder verschrotteten "diodengepumpten Hochleistungslasern" auch schon IR-Laserdioden mit Leistungen von über 100Watt bei ebay finden!!

Die sind nicht so billig (was irgendwo auch gut ist) - hab' die letzten Wochen neben größeren 25Watt-Dioden für 150€ letztens auch ein paar 200Watt(!!)-Dioden für 450€ bzw. 390€ gefunden !!!

Mit derartigen Leistungen aus Fasern von 0.6mm bis runter zu 0.2mm (oder noch feiner, wenn direkt fokussiert) werden die IR-Laserdioden auch interessant als Ersatz für CO2-Laser bei Holz oder nicht durchsichtigen organischen Stoffen (durch Glas, Plexi oder zu helle Materialien leuchten sie durch) ... oder auch schon für Metall-Gravieren und Schneiden cool smiley

Hier ein paar Bilder vom Aufbau und die letzten Ergebnisse mit einer der 390€-Laserdioden bei "nur" knapp 20 Watt Leistung ... wenn mit vollem Strom von 35A betrieben, geben die bis 200Watt aus!

So schauen diese Dioden von Innen aus:




So leuchtet sie mit einem parallelen 6x6mm-Strahl, wenn ich die interne Fokussierung und SMA-Buchse entferne (sonst bräuchte sie eine spezielle Faser mit einem Glas-Strahleinkoppler):




Und so mit einer Fokussierlinse mit etwa 30mm Fokusabstand auf eine Fliese oder auf Edelstahl:




Für die Messung der Spot-Größe habe ich mit relativ "kleiner" Leistung von knapp 5Ampere / 20Watt zuerst einen Puls auf Edelstahl geschossen und bei den nächsten Versuchen immer länger draufgehalten - Edelstahl läßt sich scho mit 20Watt ziemlich gut gravieren ... die Dioden können aber bis 200Watt !!




Ich werde die nächsten Tage und Wochen Treiber dafür mit Pulsen oder Dauerströmen bis 40 Ampere aufbauen und später 2 oder mehr von den Dioden auf einen Spot zusammenführen ... inzwischen habe ich 6 Stück davon mit einer gesamtleistung von über 1kW da, womit ich wieder was "ernsthaftes" in Richtung Metall-Schneiden, -Schweißen und "Additive Fertigung" (Metall-3-Druck) für Daheim aufbauen will ... das wird dann aber wieder etwas länger dauern ...


Viktor
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VDX
Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 17, 2019 07:15AM
... so schaut dann ein "DDL-Modul" mit 2 von den 200Watt-Dioden und Peltier-Kühlung aus:




Für den Aufbau mit "nur" 2 Dioden habe ich mich jetzt entschieden, den Pulstreiber mit 4 von den 5xLM338-Streifen aufzubauen - muß mir jetzt aber erstmal 20 Stück 0.33 Ohm-Widerstände und noch ein paar LM338 bestellen.

Bei meinem eigenen Modul mit 3 (oder 4) Dioden, das dann eventuell auch fürs "ernsthafte" Metallschneiden herhalten soll, werde ich dann wohl doch 3 (oder 4) von den 300A-IGBT-Bricks nehmen ... oder 2 gleiche Module mit jeweils 2 Dioden aufbauen dann könnte ich das dann auch mit den 5xLM338-Treibern machen ...

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Wo ich jetzt noch etwas am Überlegen bin, ob ich das Untergehäuse so nehme, wie es ist -- oder doch noch eine Aluplatte (oder 2 kleine) fürs Verschrauben der LM's und MOSFET's draufsetze ... die könnte ich dann einfacher auf der CNC-Fräse vorfräsen/vorbohren:




Viktor


Viktor
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Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 18, 2019 08:29AM
Hmm...
Die Edelstahlteile kenne ich doch woher grinning smiley


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VDX
Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 18, 2019 09:46AM
... ja, das eine mit der Macke auf der Rückseite hat so noch eine "würdige Verwendung" gefunden smileys with beer

Hat es diesmal mit dem Paket geklappt? - wie gefält's dir so mit der "kantigen Kurve"?

Und hast du evetuell auch schon Rückmedlung?


Viktor
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Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 18, 2019 06:48PM
Hi Viktor,

sehr cool, ich bin mal gespannt! smiling bouncing smiley

Was planst du für Arbeitsabstände?
Funkenflug und Thermik dürfte ja doch etwas problematischer für die Optik sein oder?

Grüße,
Sven
VDX
Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 18, 2019 07:06PM
Hi Sven,

bei diesem Modul, mit zwei Dioden (oder beim nächsten mit "Bündelung" von 3 bis 5 Dioden) und Fasern zum "Multi-Dioden-Kopf" fürs Draht-Aufschweißen, bin ich mit den Fokussierlinsen an den Faser-Enden etwa 60-100mm weg - da habe ich auch noch genug Abstand, um dan Rauch seitlich absaugen zu können ... außerdem wird's da nicht so "funken", weil ich das Metall ja nur verflüssigen, nicht gleich wegdampfen will grinning smiley

Beim Aufbau mit einer Diode fürs Laserschneiden und Fokussierung über eine Linse mit nur 40mm Fokus-Abstand (wie in dem Test auf die Fliese und das Edelstahlteil) werde ich eine konische Hülse vorne dran bauen -- mit Preßluft (oder Schneidgas) von Innen durch die möglichst enge Düse gegen den Schnittspalt, damit die Schmelze gleich rausgedrückt wird ... das "sprühen" die Funken dann eher nach Unten raus. Nur beim "Einstechen" muß ich darauf achten, daß nichts zur Linse zurückspritzt cool smiley

So schauen die "großen" Schneidköpfe aus - ich werde mir einen viel "schlankeren" dafür machen:



Edited 1 time(s). Last edit at 03/18/2019 07:13PM by VDX.


Viktor
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VDX
Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 21, 2019 12:03PM
... bevor ich die Treiberplatinen mit den 5xLM338 und MOSFET drauf fertiglöten kann, muß ich noch die Alu-Blöcke fürs Aufschrauben aufs Modulgehäuse fräsbohren - aber hier sieht man gut, was da an Bauteilen zusammenkommt ... das gibt einen 2x20A-Treiber für eine der Dioden (in 10 Schritten von 3.8A bis 38A schaltbar) cool smiley



Edited 1 time(s). Last edit at 03/21/2019 12:06PM by VDX.


Viktor
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VDX
Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 22, 2019 01:43PM
... hab's vorhin doch noch geschafft, einen der 20A-Treiber komplett fertig zum Testen zusammenzulöten - hab' dann gemerkt, daß ich keine Isolierscheibchen für die Schrauben mehr habe - für die anderen 3 (9) muß ich also erst noch die Scheibchen besorgen oder mir was anders überlegen :roll:

Mal schauen, ob ich den heute noch bezüglich Flankensteilheit/Zeitkonstante austesten kann:




Viktor
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VDX
Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 22, 2019 06:05PM
... hab' den 5xLM338-Treiber vorhin testen können.

Während die LM338 bis 2.5 Ampere Strom noch relativ "umgänglich" sind, haben sie bei 4 Ampere schon etwas "Mühe" ... und ich komme langsam an die Grenzen der Leiterbahnbreite ... muß wohl noch ein paar Drähte über die "Starkstrom"-Leiterbahnen löten.

Hier ein paar Bilder mit einem "Doppel-Puls" von zwei 1ms Pulsen mit einer 1ms-Pause dazwischen.

Der Arduino gibt das noch relativ sauber aus:




Dann sieht man beim ersten Puls über einen einzelnen LM338 mit knapp 4A schon eine ziemlich lange "Einschalt-Dauer", bis der LM in die Gänge kommt ... beim 2. Puls geht das schneller - bei den anderen Bildern mit 2x 3x und 5x LM's parallelgeschaltet genauso:




Was auch noch auffällt - irgendwas begrenzt den Strom auf maximal 10 Ampere (die 12V sind der Spannungsabfall an dem 1.2 Ohm-Meßwiderstand) -- entweder die Leiterbahnbreite (hier dann Drähte drüberlöten), oder die Schaltspannung für den MOSFET ist zu niedrig -- dann müßt ich die Vorwiedrstände noch etwas anpassen ...


*** EDIT *** - die "Begrenzung" auf nur 10A habe ich selber eingebaut - durch einen 1.2 Ohm Widerstand geht bei 12 Volt einfach nicht mehr durch eye rolling smiley
Die Messungen vorher bei den 5xLM338-Treibern hatte ich entweder mit 0.1 Ohm oder mit 1 Ohm und 24V Versorgungsspannung gemacht ...

Edited 1 time(s). Last edit at 03/22/2019 08:28PM by VDX.


Viktor
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Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 23, 2019 06:05AM
Hi Viktor.
Sehr interessant. Obwohl, mir sind die Laser als Bastler zu gefährlich. Als FAS habe ich da zu viel Mist gesehen. Aber sehr viel interessante finde ich Dein Programm, mit dem Du die Impulse misst. Ist das eine Hardware Lösung für den PC?


Liebe Grüße aus Henstedt-Ulzburg.
Frithjof
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VDX
Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 23, 2019 09:30AM
Hi Frithjof,

das ist ein 25MHz-DSO von Conrad - für den Strom messe ich z.B. den Spannungsabfall an einem 0.1 Ohm Widerstand und multipliziere die Spannung mit x10.

Hier z.B. ein Bild von der Pulsform meines anderen Treibers mit einem OpAmp als Stromkonstanter und 25 Mikrosekunden-Pulsen bei 12A Strom - der geht gegenüber den LM338 sofort an:



Edited 1 time(s). Last edit at 03/23/2019 09:31AM by VDX.


Viktor
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Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 23, 2019 11:57AM
Hi Viktor,
werden denn die Daten per USB an den PC übergeben und dort auch angezeigt in einer Grafik?


Liebe Grüße aus Henstedt-Ulzburg.
Frithjof
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VDX
Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 23, 2019 12:06PM
Hi Frithjof,

das ist dieses Teil - [www.conrad.de]

Was du in den Bildern siehst, ist das Programm auf dem PC mit der "live"-Anzeige (außer in dem zusammengesetzten mit den 4 verschiedenen Puls-Formen) - hier hatte ich der Einfachheit halber Screenshots gemacht -- normalerweise kannst du aber 32 "Snaps" der jeweiligen Bildschirmdarstellung direkt im Programm machen (bzw. werden automatisch per Trigger-Impuls angelegt) und dann in diversen Bitmap-Formaten als Sequenz oder Einzelbilder speichern ...


Viktor
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VDX
Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 23, 2019 03:53PM
... so, hab' einfach den 1.2Ohm-Lastwiderstand durch einen mit 0.33 Ohm ersetzt (und den Optokoppler und MOSFET-Treiber-Transistor ersetzt, die ich gestern "geröstet" hatte) - jetzt paßt das auch mit der Anzeige der Stromstufen winking smiley

Von links nach Rechts, jeweils ein "Doppel-Puls" (=> 1ms AN, 1ms AUS, 1ms AN) mit 1, 2, 3, 4, 5 von den LM338 parallel.

Pro LM addiert sich ein Strom von etwa 3.7 Ampere, wenn alle 5 zusammen, habe ich also etwa 18.5 Ampere, was über den 0.33Ohm-Widerstand dann auch etwas über 6 Volt macht -- paßt also grinning smiley




Dann muß also wohl damit leben, daß ich mit den 5xLM338-Treibern beim ersten Puls einer Puls-Kette (fürs "pulse-shaping") etwa 300 Mikrosekunden "verliere" eye rolling smiley

Für das Projekt, für das ich das Modul aufbaue, ist das mehr als ausreichend ... wenn ich das genauer haben möchte, müßte ich meine OpAmp-Treiber dann entsprechend auf 40 Ampere "hochrüsten" - mit denen habe ich eine "Zeit-Konstante" von knapp einer Mikrosekunde cool smiley


Viktor
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Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 23, 2019 04:01PM
Dankeschön Viktor.
Biete gerade auf so ein Teil. Mal schauen. Mein Selbstbau Ossi ist etwas zu klein und mein 3 Strahl Ossi etwas zuu groß und alt und unhandlich. Obwohl mit dem kleinen habe ich den Fehler in meinem Drucker gefunden. Netzgerät auf der GND Seite defekt. So was hatte ich noch nie.


Liebe Grüße aus Henstedt-Ulzburg.
Frithjof
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VDX
Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 23, 2019 05:37PM
... und so schaut's dann mit 100Watt (halbe Leistung der Diode) auf einen Fleck von etwa 0.2mm und dann zwei kurze Pulse mit jeweils 1 Millisekunde Dauer auf Karton oder Edelstahl aus:

[vimeo.com]


Viktor
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VDX
Re: Laserdioden werden immer stärker - wofür verwenden?
March 23, 2019 06:03PM
... ich hab' mich etwas gewundert, warum die Pause zwischen den 1ms-Pulsen überhaupt wahrnehmbar wäre -- der Puls-Taster (aus der Medizin) prellt so stark, daß es, statt einem Doppel-Puls, immer ZWEI Doppelpulse waren!

Die eigentliche Pulsform sind zwei 1ms-Puls mit 1ms Pause dazwischen ... dann nach genau 158 Milisekunden (ich hatte zum Entprellen nach jedem Doppelpuls eine Pause von 150 Millisekunden drin gehabt) kommt dann der nächste 2x1ms-Doppelpuls:



Also ist jeder einzelne "Blitz" schonmal der eigentliche 2x1ms-Doppelpuls cool smiley

Edited 1 time(s). Last edit at 03/23/2019 06:07PM by VDX.


Viktor
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