Лазерные диоды для DIY-гравера из DVD/BL-приводов

Предупреждение: лазерный луч может на всю жизнь испротить/лишить человека зрения, моментально выжигая сетчатку при попадании в глаз. При работе с лазерами любой мощности обязательно следует придерживаться мер безопасности!

Обуздание человеком атомной энергии и создание лазеров позволили человечеству совершить грандиозный рывок в своем развитии. Современный расцвет 3D-технологий, блокчейн и искусственный интеллект были бы невозможны без дешевой электрической энергии и точной обработки полупроводников с помощью лазерных технологий.

Массовый выпуск высокоточных приборов, микроэлектроники сейчас производится на станках с числовым программным управлением, роботами и другой техникой, управляемой компьютерами/микроконтроллерами.

Многие, ранее немыслимые технологии сейчас доступны не только профессионалам, но и самодельщикам. Сейчас за несколько сотен долларов любой желающий может приобрести или сделать 3D-принтер, CNC-фрезер, лазерный гравер/резак, пользоваться миниатюрными радиоуправляемыми летательными/самоходными/плавающими аппаратами.

Особое удовольствие человек может получить, самостоятельно собрав подобную машину. Для получения базовых навыков в работе, а также перед приобретением/изготовлением какого-либо дорогостоящего прибора или станка желательно потренироваться на его упрощенной модели или макете/стенде. Перед покупкой/самостоятельной сборкой мощного лазерного гравера стоит ознакомиться с работой подобного устройства в миниатюре.

В этом может помочь DIY-гравер, сделанный из пишущих DVD или Blue Ray приводов. Эти устройства уже давно устарели и не используются большинством пользователей, валяясь в загашниках/ожидая отправки на свалку.

Оптический узел компьютерного DVD-RW привода состоит из лазерных свето- и фотодиодов, объединенных в одну систему линзой:

Самодельный гравер, сделанный из хлама, поможет разобраться с конструкцией и особенностями работы подобных, более серьезных устройств, научиться работать с программным обеспечением, использующимся для 3D-обработки.

Перед сборкой даже маленького гравера желательно разобраться с особенностями комплектующих, которые в нем используются. К ним относятся шаговые двигатели, различные направляющие, опоры, подшипники, а также лазерные диоды, контроллеры, платы управления, драйвера и источники питания.

Шаговый двигатель и приводной вал с трапециидальной ходовой резьбой DVD-RW привода от компьютера:

В данной статье рассматриваются некоторые особенности маломощных лазеров, использующихся в настольных граверах/резаках, управляемых с помощью компьютера.

Какие лазерные диоды можно использовать для сборки небольшого лазерного гравера с ЧПУ?

Для сборки маломощного лазерного гравера теоретически можно использовать диоды из пишущих оптических приводов формата CD-RW, DVD-RW, BD-RW. Кроме того, ограниченно выпускались HD-DVD приводы, которые фактически являются недоработанными клонами своих Blu-ray собратьев.

Различия между рапзличными форматами оптической лазерной записи информации:

Длины волн света лазерных лучей фиолетового (405nm), голубого (445nm, 460nm, 473nm), зеленого (532nm), желтого (589nm) и красного (635nm, 650nm) цветов:

Лазерные элементы оптических приводов имеют малую мощность (от единиц миливатт (CD-RW) до нескольких сотен милливатт в DVD-RW и Blue Ray), поэтому вряд ли смогут прожечь что-то более толстое, чем бумага, тонкая пластмасса или шпон.

Тем не менее, они могут с успехом применяться для гравировки, нанесения точной разметки/надписей путем выжига лазерным лучом.

Линза оптического блока DVD-привода с тремя катушками индуктивности:

Два мощных неодимовых магнита, которые становятся доступными после снятия блока центральной линзы с катушками:

Blu Ray луч имеет наименьший диаметр (размер точки), то есть более точен и эффективен. BL-лазер той же мощности, что и CD/DVD-элемент, работает в разы эффективнее, потому что он светит точечно, на в разы меньшую поверхность (двух-шестикратная разница). Исходя из этого, при поиске подходящего для разборки привода в первую очередь следует обращать внимание на модели, которые поддерживают формат Blu Ray или DVD-RW, а также пишут при самой высокой скорости (чем больше скорость записи, тем большую мощность должен иметь установленный в приводе лазерный светодиод).

Маркировка компьютерного привода (Super Multi DVD Writer GHC0N с Blue Ray диодом), в котором могут находится хорошие лазерные светодиоды (с буквами BL):

При попытке собрать DIY-лазерный гравер из старых оптических приводов нужно учитывать, что в них могут находится израсходовавшие свой ресурс и очень маломощные лазерные диоды. Они вряд ли будут хорошо работать в самодельном гравере. Диоды из CD-RW приводов также мало подходят для обработки деталей прожигом из-за их малой мощности и большого диаметра луча.

Лазерный светодиод (фиолетовый) KES400A, использовавшийся в Blu-ray приводах в двухтысячных годах, имеет оптическую мощность не более 20mW:

BL-лазер PHR803t, использовавшийся в приводах Sony PS3 и некоторых других, способен отдавать мощность до 80 мВт:

Плюсом старых приводов обычно является хорошая механика (толстый металл и двигатели с медной обмоткой), конечно, только если устройство не заржавело из-за хранения в сыром помещении.

Лазерные светодиоды оптических приводов обычно имеют по три вывода, из которых используются только два (анод и катод):

Оптический блок компьютерного DVD-RW хорошо подходит для сборки небольшого гравера, уже имеет направляющие и шаговый двигатель для одной из осей:

Диоды из ноутбучных приводов также можно использовать для гравера, но механика у них очень хлипкая, поэтому оптические приводы от мобильных устройств не очень хорошо подходят для донорства и последующей сборки DIY-изделий.

Оптические блоки от приводов мобильных устройств можно использовать в качестве лазера гравера практически без доработок. Оптический блок с этими лазерными диодами используется как GND, его можно крепить непосредственно на внешний радиатор, без разборки блока оптики:

Корпусной лазерный диод (слева) и open-can элемент (справа):

При наличии выбора из нескольких лазерных диодов желательно ориентироваться на корпусные элементы, так как бескорпусные (open-can) легко повредить физически или статикой.

Контакты лазерного элемента, на одной подложке которого находятся фотодиод, красный (DVD), фиолетовый KES 400A (BL) и инфракрасный (CD) светодиоды:

GH0781JA2C — лазерный светодиод, предназначенный для записи CD-дисков производства Sharp дает лазерный луч с длиной волны 780 to 787 nm мощностью 120-180 мВт, напряжение питания (Vop) — до 2.1V, ток 30-141 мА (рабочий — 120):

Так как в приводе могут находиться лазерные диоды и фотодиоды неизвестной марки (безкорпусные и без маркировки/либо с непонятными обозначениями), вынутую деталь можно идентифицировать, подав на нее с лабораторного блока питания напряжение порядка двух вольт, ограниченное по току до 15-18 мА (или больше, в зависимости от предполагаемой мощности диода). Лазерный диод при этом начнет светиться красным (DVD-RW) или фиолетовым (BL) цветом.

В некоторых приводах с бескорпусными лазерными диодами они припаяны и приклеены к слабенькому радиатору, что требует дополнительных трудов по их «высвобождению из оков»:

По известному закону обычно это самый нужный, самый мощный диод…

Красный лазерный диод (справа), выпаянный из «дохленького» радиатора (слева) DVD-RW привода:

На корпусе диода со стороны контактов имеется маркировка WPN9:

У данного диода анод находится на крайнем контакте, GND соединен с корпусом и средним выводом. При диодной прозвонке он не светится, падение напряжения равно 1.67 вольтам. При подаче на диод вольтажа 2V с ограничением по току в 15 мА он светится красным цветом (то есть это диод DVD-RW лазера). Чтобы получить лазерный луч, нужно использовать линзу из комплекта привода, либо другую (например, от лазерной указки). Перед установкой диода в миниатюрный гарвер его нужно подпаять к более солидному радиатору.

Если в наличии нет комплекта ненужных DVD/BL приводов, подходящих для разборки, то специально их покупать не стоит, так как на Aliexpress можно сравнительно дешево купить практически любые лазеры, начиная от маломощных до почти боевых…

Лазерные диоды длиной волны 650 нм (красные) продающиеся россыпью на AliExpress:

Лазерный диод 450nm, 1600mW blue laser diode (синий), прекрасно подходящий для маломощного гравера:

Лазерная головка NUOF для станка резака фанеры/пластика/гравера мощностью 130W (содержит четыре лазерных диода, луч которых собирается коллиматорной линзой):

При работе с лазерными диодами следует учитывать, что его очень легко заставить светиться от любого маломощного источника постоянного тока, даже батарейки. При этом нужно обязательно обеспечить ограничение тока через диод, так как при превышении номинала он быстро сгорит. Кроме того, его температура при работе не должна превышать 40-50 градусов. Лазерные диоды (особенно бескорпусные не имеющие радиатора) очень чувствительны к перегреву и статическому напряжению, поэтому при работе с ними стоит использовать заземляющий браслет.

Чтобы уберечь лазерный диод от выхода из строя, перед монтажом и пайкой желательно закоротить его контакты. Для защиты от статики параллельно контактами лазерноого диода можно впаять керамический конденсатор емкостью 0.10-1 мкФ.

Для получения большей мощности гравера и обеспечения долговечности лазера, его можно питать импульсами с помощью ШИМ-регулятора. Вопросы подключения лазерных светодиодов к источнику питания, в том числе с помощью драйвера, подабщего импульсное питание, рассматриваются в отдельной статье.