Как я покупал 40W лазерный гравер в Китае + немного теории CO2 лазеров

Вы возможно видели задорные ролики на YouTube, где лазерный станок бодро нарезает оргстекло совершенно безумным образом (просмотр рекомендуется без звука). Ну, подумал я, надо и себе такую игрушку прикупить. Тем более что с 40W лазером и черной краской можно и печатные платы так рисовать :-)

ВНИМАНИЕ Не пытайтесь повторить, то что написано в этой статье. Работа с открытой крышкой запрещена, юстировка зеркал может производиться только квалифицированным персоналом. Обязательна защита для глаз - иначе можно легко лишиться зрения.

Краткая теория

Обычный лазер на углекислом газе - на самом деле содержит еще Гелий и Азот, под давлением ниже атмосферного. Лазеры небольшой мощности (100W и менее) - обычно "отпаяные", т.е. просто стеклянная трубка с буферным объёмом газа, водяное охлаждение, 2 электрода на концах трубки, и 2 зеркала - одно полупрозрачное (для излучения с длиной волны 10.6мкм), другое непрозрачное. По мере работы CO2 разлагается, и лазер теряет мощность. Чем выше температура, тем короче срок службы (обычно 1000-2000 часов). Питание лазера - источником высокого напряжения, ~15-20 КВ, 15-25мА (для 40W трубки).

40W - достаточно только для резки оргстекла/фанеры. Металлы резать можно только с намного большей мощностью (1000W и выше), меньше - если кислородом расплав выдувать (тогда железо с углеродом еще и сгорает, давая дополнительную энергию). По печатной плате напрямую резать дорожки не выйдет - т.к. медь хорошо отражает 10.6мкм излучение. А вот если покрыть тонким слоем краски - то я видел положительные результаты. Что примечательно, ПВХ например резать нельзя, т.к. выделяющиеся при его резке газы разъедают линзу (и не совсем полезны для человека).

Собственно, из длины волны излучаемого света (10.6мкм, "дальний" инфракрасный свет) и исходят многие особенности CO2 лазеров - очень мало материалов прозрачны для такого излучения. Лучше всего пропускает такой свет - селенид цинка, ZnSe, твердое вещество оранжевого цвета. Существенно хуже (но дешевле) - кремний и германий. Из экзотики - обычная поваренная соль также хорошо пропускает свет CO2 лазера, но очень уж недолговечны линзы из неё.

Зеркала - дешевле всего стекло или кремний, покрытые слоем меди или золота - как на фото справа (на небольших мощностях излучения - этого вполне достаточно). На производстве - бывают цельно медные зеркала с водяным охлаждением, и молибденовые - если при резке стали капля расплавленного металла прилипает к молибденовому зеркалу, её можно просто отковырнуть, протереть тряпочкой и дальше работать

Луч лазера можно перемещать "летающими зеркалами" - когда и лазер, и объект резки неподвижны, или например может быть одно летающее зеркало + движение объекта. Лазер обычно не двигают, т.к. он очень длинный (из-за того что трудно увеличить диаметр выходного пучка выше 1см - повышение мощности возможно только увеличением длины).

И наконец фокусировка - линзой из селенида цинка. В мощных лазерах может использоваться параболическое зеркало, которое сразу поворачивает луч на 90' и фокусирует. Само собой и зеркала и линзы могут иметь просветляющее покрытие (особенно в резонаторе лазерной трубки).

Из-за того, что длина волны излучения очень большая, 10.6мкм - диаметр точки, в которую фокусируется лазер ограничен дифракционным пределом: для линзы с фокусным расстоянием 101мм - диаметр пятна не может быть меньше 0.2мм, а для 51мм - 0.1мм (при диаметре пучка 7мм).

Забегая вперед, трубка моего лазера выглядит так:

Как я покупал гравер на Aliexpress.com

Посмотрев, что продают на рынке - увидел, что из того, что не совсем уж фатально дорого (<10'000$) - продуют только промаркированные китайские граверы с 40W лазером. Естественно, я решил купить гравер напрямую у производителей, без посредников. Побродив на aliexpress.com, нашел первого продавца. После небольшой переписки с обсуждением дополнительных запчастей (я хотел купить запасную лазерную трубку), продавец предложил перевести ему деньги банковским переводом "на деревню дедушке" и обещал сразу же после этого выслать гравер. Этого я делать само собой не стал, любые покупки должны проходить через escrow систему alibaba-ы, или через Paypal - иначе не будет никаких возможностей оспорить сделку, если пришлют что-то не то. На продавца накатал жалобу, и в скорости он исчез с сайта.

Нашел второго продавца, но на этот раз он уже согласился на escrow. Вес посылки превышал допустимые для почты и EMS 40кг - поэтому решили послать по EMS в разобранном виде, вместе с инструкциями по сборке. Цена вопроса - 1288$ вместе с доставкой. Через пару недель курьер EMS с трудом притащил коробки ко мне домой:

Открываем и собираем

Сразу бросилось в глаза, что во время транспортировки разбилось защитное стекло. Но пока все выглядело оптимистично. Собрал все вместе, подключил водяное охлаждение, и пробую проверить лазер. Жму кнопку test - разряд в лазере есть, но точка на бумажке не прожигается. Странно.... Бумагу даже 0.1W прожигать должно. Открываю защитную крышку, все осматриваю - вроде все выглядит хорошо. Жму тест - снова ничего. Тут внезапно замечаю, что во время теста - рука чувствует тепло. Жесть. Оказывается сбита юстировка Y-зеркала, и луч лазера не попадает в X-зеркало, а рассеивается от круглой поверхности (выше - она обведена красным). Тут я понимаю что все пройдет не так гладко, как я рассчитывал. Ну, делать нечего, надо юстировать.

Юстировка летающих зеркал

Быстро нашел хитрый способ юстировки - термочувствительной бумагой, на которой печатают чеки в магазинах. Проблема в том, что очень уж много точек настройки положения зеркала, и крепление Y-зеркала - не вполне жесткое, китайцы в своём стиле блин.

Все шло хорошо, луч попадал уже почти туда куда нужно, и внезапно при следующем тестовом включении лазера с левой стороны пошел дым. Следующий абзац - пролетел за 0.5 секунды :-) Я думаю - хмм... интересно, откуда там может быть дым, вроде гореть особо нечему... Хмм.... Человек может "отфильтровать" ощущения, которых он совсем не ожидает, и сосредоточен на чем-то другом (точно так же, можно не заметить ножевое ранение в драке). И тут пришла боль....

Оказалось, палец попал в луч лазера, хорошо еще я тестировал на минимальной стабильной мощности (около 10W). (Фото не для слабонервных, кровь заляпала стены). 3 часа ночи. Что делать? Звонить в скорую? "- Здравствуйте, что у вас случилось? - Аааа, заберите меня, я себе палец насквозь прожег лазером!!!!"

В общем, повезло, попал в ноготь, мощность маленькая, 10.6мкм хорошо поглощается, и рана была поверхностная (именно поэтому CO2 лазеры используют в медицине). Зажило быстро. После этого я понял, что путь мой к работающему граверу неблизок. И я сел писать претензию на продавца на aliexpress.

Разборки с продавцом

После внимательного изучения товара, обнаружилось список проблем из 9-и пунктов - отличия от того, что было в описании, чудовищные проблемы с качеством (блок питания выдавал всего 14мА, хотя для 40W лазера нужно 24, cnc контроллер отличался от того, что был в описании, ужасное качество PCB, бракованая ZnSe линза, "вгоревший" отпечаток пальца на одном из зеркал). Глубину проблем можно увидеть на снимках : 1, 2, 3, 4.

Это была настоящая заруба. 2 месяца мы провели в dispute-ах на разных уровнях, несколько раз возвращаясь к началу спора. Продавец допустил "ошибку" - признал, что он прислал мне "другую модель", но она "лучше". Это была его фатальная ошибка, после этого спорить с ним было намного проще. Я требовал исправления всего списка проблем, или предлагал вернуть все это добро ему за его счет. Само собой, пока идет dispute - продавец не может забрать свои деньги.

В конечном итоге, продавец согласился прислать запчасти на замену - нормальный блок питания (как в описании), новую, не бракованную ZnSe линзу и 3 молибденовых зеркала. Но нервов было потрачено не мало.

Видео с тестом лазера:

Результат и выводы

В конечном итоге, я получил весёлый набор "сделай лазерный гравер сам" по не слишком высокой цене. Сейчас я делаю к нему Mach3-совместимый контроллер, с оригинальным сложно делать что-то кроме печатей (т.к. кривой китайский софт заточен под растровую гравировку, а не резку).

А с китайцами нужно держать ухо востро - они не гнушаются продавать брак, лишь бы заработать лишних 10$ (т.е. они могут делать качественно, но только если держать за горло. Если не держать - сразу получишь отбраковку). Никаких сделок без Escrow и без возможности оспорить качество после доставки.