"Bad Attitude" laser

[Pedro]

con una lentezza ormai esasperante, ma il tempo per lavorarci è sempre poco, sto "montando" il mio laser Co2. E' il classico tubo 40W acquistato con un alimentatore idoneo sempre su ebay. Tubo Tongli e alimentatore...non si sa

Tornando a noi, è un progetto parallelo, questo a CO2 e un 25W a stato solido che saranno utilizzati in modo solo parziale sulla cnc ma serviranno anche ad altre cose fuori contesto forum. Questo a CO2, dopo vari pensamenti e ripensamenti, ho deciso di montarlo in una struttura fatta usando i profilati da scaffalatura; il perchè è giocoforza per due motivi il primo dei quali è che come quasi tutte le cose che faccio nel mio lab sono sperimentali e con una struttura così faccio presto a riconfigurarla, il secondo motivo è che lo spazio dove andrà a mettersi è un po' forzato, dietro la fresatrice. Alla fine ho una struttura da 1mt per 40 cm di altezza e 20 cm di profondità, circa

old mount.jpg

nella immagine si vede il tubo, messo su supporti stampati 3d e a loro volta fissati su un profilato in alluminio, anche questa scelta è stata fatta per mettere e rimuovere a piacimento degli accessori ottici. Provvisoriamente in foto si vede un AOM messo sull'uscita, e si vede anche il classico e canonico compensato sbruciacchiato

nella parte sottostante, ancora nel montaggio provvisorio non c'è tutto ma poi si vedrà meglio, c'è il circuito di raffreddamento del tubo. Ho messo una pompa da acquario, non cinese stavolta ma una einhell da acquario. Il raffreddamento è a circuito chiuso ed ha i seguenti componenti in cascata

-serbatoio
-pompa con invio al laser
- dal ritorno del tubo laser un sensore, anzi in effetti sono tre (poi spiego la scelta) di temperatura
- uno scambiatore da 120CM con ventola
- un circuito a peltier composto da 6 celle da 51W cadauna e ritorno al serbatoio

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cooler.jpg

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perchè un circuito così complicato? beh, un po' perchè se non era complicato avevo già finito ma sopratutto perchè volendo fare alcuni esperimenti specifici un controllo della temperatura più accurato mi serve.

Uno scambiatore e poi un peltier? lo scambiatore serve per abbassare la temperatura del refrigerante alla temperatura ambiente, ovvio visto che è un radiatore e una ventola. La ventola intanto interviene solo se la temperatura del liquido è superiore alla temperatura ambiente e non si accende se il viceversa, insomma può freddare ma non scaldare se la temperatura dell'aria fosse maggiore. Tutta questa storia serve solo ed unicamente per migliorare l'efficienza del peltier, anche se sono 6 celle

Nella foto si vede l'alimentatore del tubo laser, un relè di accensione, provvisorio in quanto ora c'è una logica di controllo più complessa, e un alimentatore 12 V 60 amperen (nella foto ancora non era montato) per i peltier e servizi vari.

Dicevo l'elettronica, nella foto volevo solo accendere il laser per provarlo ma ho pronta l'interfaccia per la kflop, in effetti è un po' più universale, dove la kflop può accendere il power, il generale 220 insomma, accendere e spegnere il laser, ovvio, modularlo in corrente, misurare il flusso del refrigerante, monitorare la corrente del laser e la temperatura del circuito di raffreddamento.

Devo ancora fare la maschera per mach3 dove controllo e posso monitorare il tutto ma è il meno. Sto lavorando anche sull'ottica che sarà abbastanza complessa, per vari motivi (come dicevo mi servirà anche per altri scopi).

[Pedro]

anche il mammuth messo in alto è sparito, era servito per le prove per dare tensione.

Beh, chiacchierato tanto e lavorato poco

ma insomma alla fine

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con il mio mahoney 40 watt all'uscita del tubo laser li ho...e questo è già un buon inizio

dimenticavo, il "mobile" sarà chiuso da dei pannelli rimovibili, già fatti tranne che nella parte inferiore dove sta il circuito di raffreddamento

[Alex_live]

Attenzione non so se lo sai ma le celle peltier vanno alimentate a corrente costante e non a tensione costante altrimenti si guastano velocissimamente.

[Pedro]

hai fatto bene a dirlo che sarà sicuramente utilissimo a chi leggerà questo topic. Personalmente uso celle peltier e ho progettato anche schede per utilizzarle, in vari contesi, da più di tre decenni. Nello specifico, non lo avevo scritto, c'è un processore con PID, un piccolo controller dedicato, che le pilota, non direttamente PWM in tensione come si diceva ma controllando la corrente che oltre ad allungarne la vita ne migliora l'efficienza Non sono, insomma collegate direttamente all'alimentatore ma come scrivevo in un post precedente siccome mi serve una temperatura quanto più possibile costante, meglio dire in un certo range, sono proprio i peltier che, controllati da una apposita elettronica, fanno in modo che lo sia

[Alex_live]

Ottimo il tuo sistema di controllo, nettamente superiore ad un comune alimentatore a corrente costante.

[Pedro]

le celle di Peltier sono in fin dei conti una batteria di semiconduttori montati in parallelo vista la loro bassa efficienza in modo da aumentarne l'efficacia. Essendo semiconduttori ovviamente seguono l'effetto NTC, al crescere della loro temperatura diminuiscono la resistenza interna perciò se non venisse controllata la corrente un effetto valanga li distruggerebbe, sale la temperatura che fa aumentare la corrente che di nuovo innalza la temperatura. In più, se il lato caldo supera la temperatura di 65-75 gradi, dipende da quanto la cella sia di qualità, della batteria di semiconduttori molti potrebbero bruciarsi, o tutti.

Quindi il lato caldo deve sempre ed efficacemente essere raffreddato per dar modo al lato freddo di scendere di temperatura ma anche per non distruggersi. Limitare la corrente, meglio dire controllandola, è un sistema ottimo di pilotarli.

In più, siccome la loro resistenza caratteristica è abbastanza alta spesso "ci si consente" di pilotarli in tensione, ad esempio nei minifrigoriferi da auto, ma come dicevamo quella resistenza interna è temperatura/variabile non avremmo mai un loro sfruttamento ottimale, più freddano e meno diventano efficienti, strano ma proprio perchè al loro raffreddarsi aumenta la loro resistenza facendo diminuire la corrente. Quindi, come per i motori stepper...controllo in corrente . Vabbè, argomento Peltier trattato

Tornando a noi: una delle difficoltà per allineare una ottica in un laser a CO2 è che il fascio di emissione è nel campo infrarosso ed invisibile. Questo innanzi tutto da un problema di "sicurezza", ho gli occhiali appositi e certificati per quella lunghezza d'onda, ma anche la potenza di emissione non si può abbassare più di un tanto, sotto una soglia di corrente il laser non "lasera", il mio (non per tutti i tubi è uguale) sotto i 4 mA non esce il fascio di luce. Insomma, bel problema

Mi sono per ora attrezzato con una webcam modificata ad infrarosso, tolto il filtro IR insomma, e parrebbe andare bene

per il centraggio delle varie lenti, come dicevo avrò un sistema ottico un po' complesso, conto di usare Labview con la webcam e ottenere una immagine tale da poter essere misurata e confrontata con il centro delle lenti; certo non ho una camera a quel punto ad alta risoluzione usando solo una banale webca ma credo possa andare...per ora è ancora una idea, vedremo

[Pedro]

tornando solo un attimo velocemente all'argomento peltier. Quando uso celle fino ad una certa potenza mi trovo benissimo con i MAX1969 come regolatori, sono stupendi e molto precisi. Fino a 6 Ampere e vanno perfettamente per moduli laser a stato solido. Qui serviva un po' più di corrente e ho fatto prima a fare tutto, tra l'altro avendo il PID programmabile posso variarmi la curva di risposta con l'esperimento che al momento andrò a fare

[Pedro]

sto vagliando la soluzione ad un altro problema che si presenta, o meglio dire si potrebbe presentare. A volte si creano delle microbolle all'interno del circuito di raffreddamento che aderendo alle pareti interne del laser, dove appunto passa il liquido, posso dare problemi di scambio termico. Dette bolle in un circuito metallico diminuirebbero solamente l'efficienza di scambio termico tra liquido e pareti metalliche, su una superficie vetrosa non dando uniformità di scambio potrebbero invece creare microcrepe. Qui una foto, presa da internet, dove si vede la formazioni di queste bolle, più o meno grandi

bubbles1.jpg

Esse tendono a formarsi specialmente durante l'inattività, quindi con il circuito refrigerante fermo. Il gas, aria, disciolto nel liquido tende ad espandersi e dopo un po' si cominciano a vedere (lasciate un po' d'acqua in un bicchiere per la notte e al mattino dovreste vedere qualcosa di simile)


riaccendendo per qualche minuto la pompa che fa circolare il refrigerante per qualche minuto prima di dare potenza al laser di solito dovrebbe portarle via ma se rimanessero secondo me, come dicevo, potrebbero causare problemi al tubo laser

Il gas disciolto di solito forma bolle che si espandono o per variazioni di temperatura o di pressione, e per questo motivo io ho messo un po' di carico all'uscita del laser non lasciando andare la sua uscita liquido refrigerante subito nel serbatoio ma facendolo passare per i due scambiatori. E' poco come carico di pressione, le pompe centrifughe non hanno grande capacità di pressione, ma insomma un po' ce ne è. Un altro metodo che ho provato è abbassare la tensione superficiale miscelando isopropanolo all'acqua.

In laboratorio si possono togliere i gas disciolti in un liquido in vari modi: facendolo bollire e raffreddare, poco pratico in un circuito di raffreddamento, sonicando in ultrasuoni il contenitore con il liquido, gli ultrasuoni frammentano le bolle e i vortici creati le fanno andare più facilmente a galla, e forse potrebbe essere una soluzione; oppure aspirando aria dal contenitore, in questo caso il serbatoio. Diminuendo la pressione atmosferica le bolle si espandono tendendo a risalire più facilmente in superficie, basterebbe una piccolissima pompa da vuoto. Anche facendo gorgogliare elio aiuta a togliere le bolle d'aria ma non mi pare una soluzione pratica.

una piccola pompa in un circuito chiuso sarebbe facile da mettere ma poi anche la velocità con cui il refrigerante "si consuma", evaporando, aumenterebbe, aspirando alla superficie toglierebbe si l'aria all'interno ma anche l'interfaccia di equilibrio gas/liquido che ne stabilizzerebbe il livello

devo provarci, una piccola pompa da vuoto, pochissima portata ma basta, costa relativamente poco e sarebbe facile da montare oppure una piccola capsula ad ultrasuoni immersa...sono indeciso

[Pedro]

l'interno del montaggio, ad esclusione dell'ottica che la sto provando su un banco esterno, è praticamente finita. Montato anche il flussometro ma manca la pompa da vuoto perchè non è ancora arrivata

inside.jpg

e qui la versione "chiusa". I pannelli laterali di alluminio di tengono grazie ad una serie di supermagneti incollati sui pannelli stessi, di bulloni ce ne sono già troppi. Quando, e se, tutto sarà finito e funzionante forse, e dico forse, farò fare un mobile in lamiera piegata. L'unico pannello imbullonato è il posteriore perchè portante di alcune cose come gli alimentatori e l'interfaccia

[walgri]

Capito nulla, ma è una figata

[Pedro]

come capito nulla? è un tubo laser con alimentatore e tanti ma tanti tubi che vanno in giro dentro un coso di metallo, per ora

manca ancora la decalcomania "Bad Attitude" sul case, ma mi sto organizzando per farla

ora sono preso con LabView e telecamerina...vediamo se riesco a tirare fuori qualcosa che abbia senso o uso direttamente il mio vecchio e caro c++

[Pedro]

non credo sia molto importante ma avevo scritto erroneamente che la pompa fosse una Einhell mentre è invece una Eheim, che ovviamente fa pompe per acquario, da 1250Lt/h

visto che ci sono: sono ovviamente tutte pompe centrifughe che ovviamente per cavitazione fanno espandere eventuali bolle d'aria, una pompa a palette sarebbe meglio ma sarebbe più costosa e non ce la metto, meglio prevenire le bolle disciolte in qualche modo.

[gbeloli]

Ciao, butto lì i miei due cents... potrebbe aver senso fare in modo che le eventuali bolle vengano guidate verso un punto "alto" del circuito?
Un po come si fa negli impianti di riscaldamento... non dovresti preoccuparti di cavitazione e rabaccia varia ma probabilmente solo della velocità necessaria a trascinare le bolle dove non possono far danni...

[Pedro]

ciao, ti ringrazio del contributo. In effetti, dalle foto si vede poco bene forse, c'è un serbatoio, a destra in alto sopra il tubo laser, che oltre a fare da serbatoio fa anche da "vaso di espansione", è quel coso trasparente da cui escono due tubi. E' montato più alto di tutto il resto per cui le bolle se ci sono vanno li.......teoricamente


come ho detto però il problema è che il gas disciolto si comporta in modo che, se scaldato o se cambia la pressione, le bolle si espandono. Insomma, tutto ok per le marobolle ma per le microbolle, inevitabili, o quasi, il problema sussiste proprio dove non dovrebbe accadere, nel tubo laser.

A questo punto una precisazione doverosa: il perchè di tutti questi "bizzantinismi" per un tubo cinese dove macchine a taglio laser ben che va hanno una pompa "buttata" dentro un secchio, su youtube è pieno di filmati dove si vede proprio questo. Il fatto è che il sistema che sto "congegnando" è un po' un sistema pilota, con un tubo cinese, appunto, sacrificale e che se poi si rivelerà funzionante sarà sostituito con tubo ed alimentatore di maggior pregio e buttare via qualcosa come un paio di migliaia di euro di tubo laser "buono" mi scoccerebbe, quindi ora tutte le prove del caso

[Pedro]

perchè "bad attitude"?

lente fusa.jpg

una lente in BK7, che dichiaratamente è nel range di lunghezza d'onda interessata, a detta del fornitore fino 2um come dovrebbe essere una bk7 che si rispetti, ma che con una prova dell'AOM a 27 MHz si è forata


sto aspettando quelle dal mio solito fornitore Edmund optics, accidenti a me ad aver cambiato fornitore