Как работает лазерный станок, станок для лазерной резки

В этой статье я Вам расскажу принцип работы лазерного станка на примере нашего ЧПУ — лазерного станка 6040 80 Вт EFR Lasea F2 CO2 ЧПУ, VIRAND OPTIMA, который можно купить здесь: LASER.VIRAND.RU

Плата управления лазерным станком: M2 Nano, RuiDa

Так, ну и начнем тогда! А начнем мы с лицевой панели!

На данной модели установлена система управления RuiDa, а не M2. RuiDa — более крутая плата.  Основные преимущества платы RuiDa:

  1. Возможность изменять мощность лазера без помощи человека. Благодаря этому можно гравировать фотографии. На M2 можно сделать делать только однотонную гравировку за один проход.
  2. Продолжение работы с момента экстренной остановки. Например, отключилось электричество — после его включения станок продолжит работу как ни в чем не бывало.
  3. Возможность работы без компьютера, чтение файла с флешки.
  4. Возможность подключения станка в локальную сеть.
  5. Наличие русского интерфейса (для многих пользователей — это важно).
  6. Возможность встраивания LaserWork в графические редакторы CorelDraw, Adobe Illustrator, Autocad, Inscape.
  7. Компенсация люфтов.
  8. Самодиагностика.
  9. Поддержка мультипозиционирования (можно задать несколько опорных точек для начала работы).
  10. Возможность просмотра слоев
  11. Расчет точного времени обработки материала

Поменять плату с M2 на RuiDa можно поменять в любой момент, придется повозиться денек, правда.

На верхней фотографии изображена просто лицевая панель, а мозги станка выглядят иначе. Вот они:

Плата управления M2 Nano Лазерный станок VIRAND
Плата управления M2 Nano

Чтобы было понятно: данная плата состоит из:

  1. USB UART преобразователь — передает и преобразует команды, поступаемые от компьютера к микроконтроллеру
  2. Микроконтроллер — пребразует команды, непосредственно в движение самой лазерной головки и включение/отключение лазера. Делает он это с помощью драйверов шаговиков.
  3. Два драйвера шаговых двигателей — контролируют ток шаговых двигателей.
  4. Обвязка
Плата управления RuiDa Лазерный станок VIRAND
Плата управления RuiDa

У RuiDa структура гораздо сложнее. Вот она в разобранном виде.

Плата управления лазерного станка RuiDa в разобранном виде

Здесь стоит уже шустрый 32-разрядный микроконтроллер TMS320, ПЛИС Altera и модули памяти. Это то, что увидел сразу, остальное не стал искать в интернете. Суть и так понятна. Возможности этой платы гораздо выше — это самостоятельный компьютер. Однако, у RuiDa нет на борту драйверов шаговых двигателей — их придется приобретать отдельно.

Драйвера шаговых двигателей для лазерных станков

Не мчитесь приобретать сразу самые дорогие драйвера. У драйверов три основных параметра: ток, минимальная длина периода для сигнала тактирования STEP, и максимальный микрошаг. Если есть вопросы — лучше предложите в паблике новость и спросите тут: vk.com/laser.virand

Для маленьких лазерных станков серии HOBBY и OPTIMA мы даже сделали специальную плату расширения.

Драйвер шагового двигателя, лазерный станок VIRAND

С помощью этой платы мы можем установить вместо стандартных драйверов — драйвера помощнее, или наоборот — драйвера, которые заставят работать двигатели абсолютно бесшумно. Эта идея пришла мне в голову после того, как я собирал очередной станок и мне потребовались драйвера, но в запасах все закончилось. Купил в одном Питерском магазине недешевые шаговые двигатели и поставил на станок — вроде все работает, погонял на высоких скоростях и все — пропуск шагов сразу. Долго думал в чем проблема, пока не догадался разобрать. Оказывается вместо фирменной микрухи, там стоял какой-то китайский новодел. Пришлось с нашего офисного станка снять драйвера для того, чтобы человеку не задержать поставку, правда, теперь у человека стоят супер мощные драйвера на 5 Ампер, хотя в реальности нужно 0.5 Ампер и 1 Ампер. Мы станки все подписываем, так как люди так гораздо быстрее осваиваются. Драйвера на данном станке установлены справа.

VIRAND устройство лазерного станка, как работает лазерный станок

 

Ну а я сделал тем временем для нашего штатного станка такое временное решение:

Лазерный станок - сборка и настройка от VIRAND

Взял с наших 3Д принтаков драйвера и настроил под них Руиду, все подпаял, ну и до прихода новых драйверов все пока так и будет в таком состоянии. Главное все работает и на больших скоростях. Гравировка со скоростью 500 мм/с без проблем.

В общем, задача драйверов шаговых двигателей — обеспечить правильный ток на обмотках и не тормозить при приеме управляющих сигналов с микроконтроллера, для того, чтобы двигатели быстро и точно обеспечивали перемещение сопла лазера над рабочим полем.

Ремни лазерного станка

Станок двигает сопло по осям X и Y с помощью ременной передачи, поэтому не забывайте своевременно их подтягивать. Однако слишком сильно подтягивать тоже нельзя, так как это может привести к пропуску шагов.

Блок розжига лазерной трубки

Можете вернуться к прошлому рисунку — этот блок подписан. Достаточно массивный черный короб. Еще один важный элемент лазерного станка. Для того, чтобы трубка работала, этот блок поднимает напряжение на своих выводах до напряжения более 20 кВ и поднимает его до тех пор, пока в трубке не начнется разряд. Если трубка вышла из строя и разряд так и не начался, то блок высокого напряжения либо отключится, либо продолжит выдавать максимально высокое напряжение, что может вывести его из строя.

Будем считать, что трубка исправна и разряд начался — теперь блок высокого напряжения включает стабилизатор тока для поддержания необходимого тока вне зависимости от нагрузки в цепи. Напряжение, как правило, при этом уменьшается.

Лазерная трубка

О, это самое интересное место. Здесь для многих начинается что-то загодочное и непонятное. Давайте начнем с простого: что такое лазерная трубка?

Начнем с самого простого определения. Лазерная трубка — это стеклянная колба, которая имеет 3 внутренние полости. По средней из полостей течет вода или другая охлаждающая жидкость. А вот в других двух полостях находится смесь газов. Что же за смесь газов такая?

Она состоит из:

  1. CO2 (углекислый газ) — газ, благодаря которому и происходит выделение энергии в виде фотонов. В совокупности и дающие лазерное излучение.
  2. N2 (Азот) — является хорошим резонатором. Большую часть поглащаемой энергии он переводит в колебания, заставляя частицы CO2 сталкиваться между собой.
  3. He (Гелий) — он увеличивает сокрость испускания фотонов. Но у Гелия также высокая теплопроводность, благодаря чему удается поддерживать низкую температуру CO2. А низкая температура CO2 позволяет создать высокую заселенность низких энергетических уровней. Благодаря этому CO2 может испустить больше новых фотонов. Ну и низкая температура CO2 замедляет скокрость его деградации. Но атомы Гелия очень маленькие и они просачиваются даже через стекло, из которого сделана лазерная трубка. Поэтому старая трубка (более 2-х лет), которой даже ни разу не пользовались будет иметь низкую мощность излучения, а также очень быстро придет в негодность из-за деградации CO2.

Фотон излучается в следующих случаях:

  1. Заряженная частица CO2 сталкивается с фотоном или нейтральным атомом.
  2. Столкновение атомов N2 с атомами CO2
  3. Воздействие внешнего электромагнитного поля

Для того, чтобы создать положительную обратную связь в трубке есть оптический резонатор.

Структура лазерной трубки, лазерный станок VIRAND
Структура лазерной трубки

Резонатор состоит из стеклянной колбы (отмечена рыжим) и двух зеркал. У одного коэффициент отражения 100%  (на практике 98%), у другого — 50%.

В оптическом резонаторе происходит интерференция волн. Волна, идущая вблизи оси резонатора усиливается, происходит отражение от зеркал. Причем при каждом таком отражении волна только частично проходит через зеркало с коэффициентом отражение 50%.  Собственно первые 50% подаются непосредственно для резки материала, а вторая половина отражается и остается в резонаторе.Работа лазерной трубки EFR Lasea F2. Лазерный станок VIRAND

Работа лазерной трубки EFR Lasea F2. Лазерный станок VIRAND
Чем выше температура лазерной трубки, тем более бледным становится разряд фиолетового цвета.

Можно где-нибудь заправить лазерную трубку газом CO2?

Отвечаю на любимый вопрос покупателей: а можно где-нибудь заправить лазерную трубку газом CO2? В теории да, можно, но не чистым CO2.

1 часть- Азот

1 часть- CO2

8 частей — Гелий

Пропорции не точные, и давление газа нужно тоже подбирать. Кстати, иногда в лазерных трубках умирают зеркала и в таком случае перезаправка не поможет.

Система зеркал лазерного станка

Я надеюсь, что вам теперь стало понятнее, как работает лазерная трубка. Вернемся к той половине излучения, которую выпускает на волю зеркало с 50% отражением. Это излучение и будет производить резку материала. Но для начала надо его правильно направить. От правильной настройки зеркал очень сильно зависит качество реза.

Как только излучение выходит из трубки, то оно попадает на поверхность зеркала для оси X. Это зеркало недвижимо, настройку надо начинать именно с него. Главная задача — сделать так, чтобы луч, отраженный от этого зеркала попадал в одну и ту же точку зеркала по оси Y. Оно не обязательно должно попадать в центр, главное — чтобы в одну точку.

Юстировка зеркал лазерного станка VIRAND

Зеркало для оси Y. Лазерный станок VIRAND

После того, как зеркало по оси X настроено, необходимо настроить зеркало по оси Y абсолютно таким же способом. Последнее зеркало — это зеркало для линзы. Его задача правильно подать луч на линзу, благодаря чему линза правильно и точно сфокусирует излучение, а вы получите качественный рез.

Юстировка зеркал лазерного станка VIRAND

У некоторых людей, купивших станок где-то на стороне возникает проблема. Даже если все зеркала четко настроены, то в разных местах луч бьет не в одну точку. Ответ на эту проблему практически однозначен — вина кроется в механике и направляющие станка не параллельны.

Фокусировка линзы, подъемный механизм стола

Настройка фокуса линзы может происходить тремя способами:

  1. Ручная фокусировка: ставится на самых бюджетных моделях, вы сами подкручиваете высоту линзы. Абсолютно нормальный ручной способ, благодаря отсутствию дополнительных механических частей, такие станки весьма небольшие.
  2. Фокусировка с помощью подъемного стола. Здесь стол уже соединен с винтовыми штангами, которые приводятся в действия двигателем.

    Подъемный стол лазерный станок VIRAND
    Винтовые шатнги, двигатель и сотовый стол
  3. Фокусировка с помощью подъемного стола + автофокусировка. Тоже самое, что и второе, но около сопла стоит концевик или датчик расстояния. Благодаря такому устройству, вы просто кладете лист материала на стол, а станок сам настроит фокус. Правда, бывают и курьезные случаи. Иногда ставят концевики в виде тонкой кнопки. Люди тоже бывают невнимательны, уставшие. И вот если сопло окажется не над листовым материалом и вы включите автофокус, то очень высокая вероятность, что кнопка провалится между сотами стола или ламелями, станок не заметит препятствия и продолжит поднимать стол. Чем все заканчивается, я здесь показывать не буду). Вывод: смотрите, чтобы концевик был достаточно толстым, будьте более внимательными или фокусируйте вручную, это занимает не больше минуты.
  4. Доп. опция — RED LIGHT фокусировка. Если честно, я ей никогда не пользуюсь, может быть зря, но мне как-то проще сделать мерную фигурку и отфокусировать по ней.

 

Охлаждение лазерной трубки

Тут я бы сделал разделение на три типа:

  1. Чиллер CW3000 — достаточно бесполезный вариант. Суть его работы заключается в следующем. CW3000 — это емкость примерно на 9 литров с радиатором, помпой и вентилятором. Все. Как вы понимаете трубка достаточно быстро прогревает 9 литров и радиатор с вентилятором не справляются с охлаждением, так как станки устанавливаются в отапливаемых помещениях.
  2. Помпа — не смотря на то, что этот вариант дешевле, но он оказывается эффективнее. Главное использовать большую емкость — от 35 литров. При такой емкости трубка никак не успевает нагреть воду. Главное, чтобы в помещении было не слишком жарко. Как правило, в большинстве пром. помещений и домах температура в районе 22 градусов это в пределах нормы. Охлаждение лазерной трубки. Лазерный станок VIRANDНо бывает люди покупают станок себе домой, а место есть только рядом с батареей. Это очень плохой вариант, но в данном случае можно замораживать бутылки с соленой водой в морозилке и на время резки класть их в емкость.
  3. Чиллеры CW5000, CW5200 — не дешевый вариант, такие чиллеры просто необходимы для мощных трубок. Их преимущество заключается в том, что даже в жаркую погоду вы сможете работать на станке без каких-либо страхов за трубку, так как такие чиллеры работают по принципу холодильника.

Принцип работы станка для лазерной резки и гравировки

Надеюсь, после прочтения этой статьи лазерный станок перестал для вас быть черным ящиком и хотя бы некоторые моменты прояснились 🙂

Вам будет интересно:

Настройки для лазерных станков на RuiDa RDWORKS... Здесь можно скачать настройки для наших лазерных станков на базе платы управления RuiDa Скачать настройки RDWorks для лазерного станка VIRAND...
Основные особенности работы со станком для лазерно... Вы купили лазерный станок у нас или в другом месте? Не поленитесь прочитать основные особенности использования станка для лазерной резки. В этой стать...
Калибровка стола на 3Д принтере... Метод бумажки или система автовыравнивания? А может есть еще какие-то другие эффективные способы калибровки стола на 3D принтере? В этой статье я с Ва...
Обзор CNC ЧПУ станка для лазерной резки 6040 80 Вт... CNC ЧПУ станок для лазерной резки 6040 80 Вт EFR Lasea F2 CO2 - на что обратить внимание? Первичный обзор станка лазерной резки Модель 60...
Обзор CNC ЧПУ станка для лазерной резки 1060 (1006... CNC ЧПУ станок для лазерной резки 1060 (10060) 100 Вт RECI CO2 - на что обратить внимание? Первичный обзор станка лазерной резки Модель 1...
Запуск 3Д принтера на базе Cura... В этой статье я опишу как быстро запустить печать на 3Д принтере с SD-карты на Cura. Настройки принтера в Cura В первую очередь необходимо с...
Инструкция по первичному запуску лазерного станка ... В данной статье я расскажу как работать с программным обеспечением CorelDraw и CorelLaser для работы с лазерным станком на базе M2 Nano. И так,...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *