Sono passati ormai 4 anni da quando avevo pubblicato il primo articolo sui
laser a diodo allora la massima potenza disponibile sul mercato, per quanto riguarda i laser a luce blu, era di 1, massimo 2W di potenza ottica, da allora le cose sono cambiate e oggi possiamo trovare sul mercato diodi da 450 nm da 6 - 7 w e dato l’ uso che si fa di questi diodi nelle macchine da incisione CNC si possono trovare delle teste laser in grado di rendere all’ uscita 10 – 12W, la potenza si ottiene conbinando opportunamente la luce di due diodi.
Quello che mi interessa nella mia sperimentazione è il trasporto di energia a distanza, quindi è evidente che mi interessa un diodo in grado di fornire un raggio con la minima divergenza.
La divergenza di un raggio laser misurata in mrad è proporzionale alla lunghezza d’ onda ed inversamente proporzionale al suo diametro.
Quindi un laser da 450nm, luce blu, avrà divergenza minore di uno a luce rossa, 630nm, o IR 808–980 nm.
Allo stesso modo allargando il fascio si ha minor divergenza, ne segue che per realizzare un puntatore a lunga distanza, decine di Km, è indispensabile aumentare il diametro del fascio in partenza
usare cioè un collimatore.
La scelta da parte mia è caduta sul laser a luce blu, per la verità ci sarebbe un diodo ancora più adatto, quello da 405nm a luce violetta,
però la potenza massima reperibile è di 1W, troppo poco per quello che dovevo fare.
Per le mie sperimentazioni ho quindi deciso di acquistare due teste laser per CNC il vantaggio di queste teste è che contengono al loro interno tutto il necessario per il funzionamento diretto dell’ unita: elettronica di controllo, dissipatore e ventola di raffreddamento.
Un’ altra cosa era per me importante, la possibilità di regolare la distanza di messa a fuoco, non tutte le teste per CNC hanno questa possibilità.
Ho trovato in 2 teste della Neje quello che cercavo: la A40640 da 40W e la N40530 da 30W, visibili sotto,
più particolari nei miei video:
“Teste laser per macchine CNC” e
“Teste laser per macchine CNC, parte 2”
Costruzione di 2 espansori e collimatori per un laser da 12 e 5,5W ottici
Le prime operazioni vengono eseguite sulla testa laser dalle prestazioni più elevate, quella da 40W. (40W assorbiti, e 12W resi)
La testa laser viene liberata dalla schermatura in plexiglass rossa e viene regolato il fuoco, va accorciato sino ad ottenere su un target a 34 cm di distanza dalla testa uno spot quadrato di 29 mm, queste regolazioni sono quelle che hanno garantito i migliori risultati con il sistema ottico da me impiegato. Il tutto è meglio spiegato nel video:
“Teste laser per macchine CNC, parte 2.”
Sotto operazioni di regolazione del fuoco.
Espansori di fascio e collimatori per sistemi laser
Escludendo la descrizione dell’ espansore di fascio a prismi multipli,
perché troppo complesso, due sono gli espansori di fascio usati nella tecnologia laser:
- espansore di fascio Kepleriano
- espansore di fascio Galileiano
Il sistema Galileiano è più compatto ma mal si adatta all’ ottica delle teste laser Neje, ho quindi optato per l’espansore Kepleriano.
Le operazioni da fare sono quindi, regolare il fuoco della testa alla giusta distanza e realizzare il tubo con l’ ottica, il tubo stesso porta all’ interno la testa laser. Di seguito uno schema sul funzionamento dei due espansori di fascio.
Sotto foto del dispositivo completamente assemblato, il corpo del collimatore è realizzato in alluminio anticorodal, al punto
1 il sistema ottico di collimazione e messa a fuoco.
E’ possibile mettere a fuoco il raggio in uscita da 4m all’ infinito avvitando o svitando il manicotto di regolazione, al punto
2 uno dei 2 fori di ventilazione, serve per scaricare l’ aria calda spinta avanti dalla ventola della testa laser, al punto
3 la testa laser, al
4 vano della scheda di interfaccia, al
5 barre di fissaggio servono a fissare la testa ed ad allineare il raggio in uscita all’ ottica di collimazione.
Nella realizzazione di questo dispositivo si è dimostrata critica la parte ottica, non tutte le lenti vanno bene e oltretutto devono essere di grande diametro per raccogliere il raggio allargato e focalizzarlo
a distanza.
Altri particolari dei 2 collimatori realizzati per la testa da 40 e 30W
Test e risultati con testa laser da 40W
Con la testa laser da 40W montata sul suo collimatore sono stati eseguiti test focalizzando il raggio a 12 - 20 e 36m.
Effetti termici a distanza
Con questa testa che rende all’ uscita 11,44W non ci sono problemi, il cartoncino viene sempre forato e questo avverrà anche per distanze superiori, sicuramente sino a 50m.
Nel cartoncino
1 ho calcolato un potenza incidente di 282mW/mm
2 su un’ area di 40,5 mm
2
Nel cartoncino
2 la potenza incidente è di 243mW/mm
2 su un’ area di 47 mm
2
Nel cartoncino
3 abbiamo 148mW/mm
2 su un’ area di 77mm
2
Per avere un paragone dei livelli di potenza, i livelli della luce solare a terra sono 1000-1050W/m
2
ossia 1- 1,05mW/mm
2, (Dati ENEA), qui siamo a livelli centinaia di volte superiori!
I filmati dei test sono qui visibili:
“Laser a diodo e loro azione a distanza”
Test e risultati con testa laser da 30W
Con la testa laser da 30W montata sul suo collimatore sono stati eseguiti test focalizzando il raggio a 15 - 20 e 36m.
Effetti termici a distanza
Le prestazioni di questa testa che rende all’ uscita 5,5W sono nettamente inferiori, solo a 15m riesce a forare il cartoncino.
Nel cartoncino
1 è evidenziata l’ importanza della focalizzazione del raggio: nei punti
1, 2, 3, 4, il
raggio non è stato messo a fuoco bene e quindi sono necessari 10 sec. _di esposizione per la
bruciatura, punti
3 e 4, ma se il raggio viene focalizzato correttamente, punti
5 e 6, allora bastano 3 sec. Nel cartoncino
2 posto a 20m. 12 sec. di esposizione non bastano e si può solo osservare
la carbonizzazione delle fibre. Nel cartoncino
3 a 36m. con 20 sec. di esp. solo una lieve traccia.
I filmati dei test sono qui visibili:
“Laser a diodo e loro azione a distanza”
