Test a recenzia diódového lasera NEJE DK-8
Laser je zdroj monochromatického svetla, ktorý vďaka stimulovanej emisi sústreďuje vysokú energiu do úzkeho zväzku lúčov. Počítačovým riadením tohto laserového lúča je možné gravírovať obrázky, prípadne rezať materiál. Už dávnejšie som si chcel postaviť laserovú gravírovačku zo starých napalovačiek. Odrádzalo ma však preprogramovanie hardwaru.
V poslednej dobe sa na trhu objavilo niekoľko generácií mini laserových gravírovačiek. V podstate sú to tiež súčiastky z napalovačiek, avšak zo všetkým potrebným softvérom aj doplnkovým hardwarom. Stačí už len pospájať a používať. Jednou z nich je aj nižšie testovaný model NEJE DK-8.
Celý prístroj má vonkajšie rozmery 16 x 14 x 19 cm. Zdrojom laserového žiarenia je LED dióda s výkonom 1W a vlnovou dĺžkou 405nm. Dióda je vertikálne pripevnená na koľajničky a pomocou servo motora sa pohybuje v smere osi x. Na horizontálnych koľajničkách je pripevnený malý stolček, ktorý sa pohybuje v smere osi y. Celé zariadenie je napájané na 5V pomocou predlžovacieho USB kábla. Druhý kábel s koncovkou mini-USB slúži na prepojenie s počítačom. V hornej časti je červené tlačidlo, ktorým sa dá spustiť alebo núdzovo zastaviť proces gravírovania. Maximálna plocha gravírovania je 37 x 37 mm.
K zariadeniu je na micro-USB karte dodávaný gravírovací software. Aktuálna verzia sa dá stiahnuť na internete. Najprv sa nainštaluje ovládač USB. Niekedy antivírus hlási hrozbu ale všetko je v poriadku. Samotný program sa potom spúšťa ako EXE súbor. Obrázok, ktorý chceme gravírovať pretiahneme do okna programu. Podporované sú len rastrové formáty: JPG, BMP a PNG. Program automaticky prevedie obrázok do čiernobielej farby na veľkosť 500 x 500 pix. Kliknutím na „Send to machine“ sa obrázok prenesie do gravírovačky. Kliknutím na “Preview“ laser vykresľuje podľa veľkosti obrázku obvod štvorca, do ktorého sa bude obrázok gravírovať. Samotný proces gravírovania sa spustí tlačidlom „Start“.
Laser potom rastruje plochu po jednotlivých riadkoch v osi x. Tam kde je v obrázku pixel čiernej farby sa laser na chvíľu zastaví a vypáli do povrchu materiálu čierny bod. Keď príde na koniec x riadku, stolček sa posunie v smere osi y o jeden krok a začne sa vykresľovať ďalší riadok. Takým to spôsobom sa rastruje celá plocha. Výsledný obraz sa potom skladá z mnohých malých čiernych bodov. Vykresliť celú plochu trvá niekoľko minút.
Uchytenie gravírovaného predmetu na stolček je vyriešené pomocou gumičiek. Z toho vyplýva prvé obmedzenie a to že gravírované predmet nemôže byť príliš veľký ani ťažký aby sa vošiel do stroja a aby s ním stolček vôbec dokázal pohnúť. Čo sa týka výšky gravírovaného predmetu, tak laserový lúč sa dá fokusovať otáčaním šošovky na dióde, avšak gravírovaný predmet by nemal prevyšovať 2cm. Dióda sa dá odskrutkovať a posunúť vyššie, čím získame ďalších niekoľko centimetrov priestoru na výšku.
Gravírovani do kože.
Aj najmenší QR kód je dostatočne čitateľný.
Rezanie kartónu laserom.
Rezanie peny laserom.
Rozlišovacia schopnosť lasera
Vytvoril som kalibračný obrázok, tak aby vyplnil celú gravírovaciu plochu. Obrázok som vygravíroval do papiera a potom pod mikroskopom sledoval veľkosť a kvalitu vygravírovaného obrazca.
Zdrojový obrázok.
Zdrojový obrázok vygravírovaný na papier.
Mikrosnímka: bod veľkosti 1x1 pix.
Mikrosnímka: bod veľkosti 2x2 pix.
Mikrosnímka: bod veľkosti 5x5 pix.
Na obrázku je priesečník dvoch čiar, ktoré majú obe rovnakú hrúbku 1 pix. Horizontálna čiara sa javí ako hrubšia, pretože sa vykreslila kontinuálne pri vypaľovaní jednotlivých bodov v riadku x. Vertikálna čiara je prerušovaná, pretože sa vykresľoval vždy len jeden pod a potom laser pokračoval na koniec riadku. Vertikálna čiara má po ľavej strane slabo viditeľné body akoby “duchov“. Je to pravdepodobne spôsobené nesprávnou synchronizáciou času výdrže pred posunom na ďalší bod. Táto hodnota sa dá zvýšiť v nastaveniach, ale celkový čas gravírovania sa potom značne predĺži kvôli čakaniu na každý jeden bod.
Presné veľkosti a rozmery pri gravírovaní laserom
Pripravil som si Arial písmo v rôznych veľkostiach, aby som zistil aké najmenšie písmo bude ešte čitateľné. Veľkosť písma je v jednotkách [pt] ale vygravírovaná veľkosť je iná ako na atramentovej tlačiarni.
Zdrojový obrázok písma rôznych veľkostí.
Vygravírovaný obrázok rôznych veľkosti písma.
Písmo veľkosti 24pt reálnej veľkosti 1,8mm je ešte dobre čitateľné.
Písmo veľkosti 14pt je na hranici čitateľnosti a jeho reálna veľkosť je 1 mm.
Maximálna plocha gravírovania od kraja po kraj je 36,76mm z toho vychádza že: 36,76mm/500pix= 0,0735 mm/pix. V AutoCade si môžem vytvoriť výkres s presnými rozmermi a zmeniť mu mierku podľa potreby. Môžem si tak vytvárať rôzne pravítka alebo meradlá presných rozmerov.
Väčší obrázok sa dá rozdeliť na viac menších častí a vygravírovať po častiach.
Vygravírované meno na drevenom pravítku sa skladá zo 4 menších častí.
Výkon lasera
Čo sa týka výkonu, tak táto laserová dióda pracuje len v pulzom režime. To znamená že je buď len zapnutá alebo vypnutá. Ovládať sa však dá čas po ktorý bude laser vypaľovať bod. Táto hodnota sa nazýva Burning time. Čím dlhšie zotrvá laser na bode, tým viac sa povrch materiálu spáli a bude viac tmavší. Pre papier a plasty stačí kratšia doba, pre tvrdé drevo treba nastaviť dlhšiu dobu.
Pripravil som si rovnaký nápis, ktorý som vygravíroval do kartónu pri rôznych hodnotách Burning time a sledoval aký to má vplyv na odtieň písma.
Mikrosnímka: Burning time = 60.
Mikrosnímka: Burning time = 20.
Mikrosnímka: Burning time = 5.
Každý materiál je iný a preto sa nedá jednoznačne určiť presná hodnota Burning time. Je potrebné to vyskúšať pre konkrétny materiál a až potom gravírovať celý obrázok. Lepšie je dať krátky čas a ak je obrázok moc svetlý, tak spustiť gravírovanie ešte druhý krát na pôvodný obrázok. Orientačné hodnoty sú:
| Materiál | Burning time |
| Plasty | 10 |
| Papier | 15 |
| Koža | 20 |
| Drevo | 40 |
| Guma | 60 |
Ani pri obrázkoch nedokáže softvér odstupňovať výkon lasera podľa odtieňu sivej. Obrázok degraduje na monochromatický čiernobiely formát. To znamená že buď pixelu priradí čiernu alebo bielu farbu. Nič medzi tým. Čiastočne sa to dá obísť rozložením obrázku v nejakom inom fotošope na rôzne odtiene sivej. Napríklad obrázok psa rozložíme na tmavé kontúry, ktoré sa vygravírujú tmavou farbou pomocou vysokého Burnint time. Potom sa vygravíruje vnútorná plocha s nízkou hodnotou burning time, čo spôsobí že plocha už nebude tmavá ale svetlo sivá.
Pri fotografiách je to zložitejšie. Tam je mnoho odtieňov sivej, ktoré vytvárajú na fotografii detaily a plasticitu obrazu. Pred gravírovaním je potrebné fotografiu upraviť vo fotošope tieňovaním. Je to podobné rytinám na bankovkách alebo obrázkom v starých tlačených novinách. Fotošop vytieňuje obrázok pomocou rozloženia svetlých a tmavých bodov. Napríklad v programe GIMP: obrázok - režim - index - paleta:1Bit, rozptyl: Floyd–Steinberg.
Obraz tieňovaný posterizáciou.
Vygravírovaná posterizovaná fotografia.
Gravírovanie do pexiskla
Gravírovanie do priesvitných materiálov ako polykarbonát alebo plexisklo nie je za normálnych podmienok možné. Laserový lúč prechádza cez priesvitný materiál a vypaľuje obraz do podložky.
Na povrch materiálu stačí naniesť nepriesvitnú vrstvu. Stačí fixka na bielu tabulu. Laserový lúč narazí na vrstvu farby a premení sa na teplo. Teplo roztaví povrch plastu a zapečie do neho pigment z fixky. Dajú sa tak vytvárať farebné obrázky.
Viacfarebné gravírovanie pomocou zapekania pigmentu do plastu.
Gravírovanie do skla
Na gravírovanie skla má dióda príliš malý výkon. Na sklo však môžeme nalepiť lepiacu pásku a do nej vygravírovať kontúry. Na obnažené plochy potom nanesieme pastu na leptanie skla. Ja som povrch potieral priamo kyselinou fluorovodíkovou.
Zakryté chránené plochy zostanú hladké a odkryté sa pôsobením kyseliny odleptajú do hĺbky.
Gravírovanie do kovu
Gravírovanie do kovu je pre lasery s malý výkonom dosť obťažne. Kovy majú lesklý povrch, ktorý odráža väčšinu žiarenia. Kovy majú aj vysokú tepelnú vodivosť, takže aj tá malá časť pohlteného žiarenia sa rýchlo rozptýli do objemu materiálu. Dá sa použiť gravírovacia teplo citlivá pasta, ktorá pri zvýšenej teplote chemicky reaguje s kovom, ale tá je drahšia ako celý tento laser. Našťastie existuje aj náhradné riešenie. Napríklad vytvoriť masku pre chemické alebo elektrolytické leptanie.
Na odmastený povrch kovu rovnomerne nalepíme hnedú lepiacu pásku. Tmavá farba lepšie pohlcuje laserové žiarenie. Tam kde laserový lúč dopadne na pásku sa plast roztaví a obnaží kov. Tým sa vytvorí maska pre leptanie.
Na kov pripojíme záporný pól. Kladný pól pripojíme na kus medeného drôtu. Na masku kvapneme trochu slanej vody. Keď ponoríme medenú elektródu do kvapaliny, obnažené miesta sa začnú odleptávať. Aby voda neodtiekla, môžeme vytvoriť malý mantinel z ďalšej lepiacej pásky. Viac v článku Elektrolytické leptanie.
Napätie a čas treba vyskúšať. Ja som použil na hliník 3V, 350mA, po dobu 1min. Leptanie je málo výrazné.
Pri druhom pokuse s parametrami 4,5V, 350mA, 3 min som to preleptal až moc hlboko.
Maska sa dá vytvoriť aj pomocou iného izolantu napríklad laku na nechty alebo inou vo vode nerozpustnou farbou. Ja som použil obyčajný čierny spray. Farba v mieste dopadu laserového lúča zhorí a obnaží kov, v tomto prípade uhlíkovú oceľ. Tá sa môže leptať elektrolyticky alebo chemicky pomocou kyseliny.
Rovnakú techniku som použil aj na cuprexit – pomedená doska plošného spoja. Žiadny fotorezist, len obyčajná farba. Nevýhodou sú však menej kvalitné detaily.
Maska bola vyleptaná chemicky pomocou chloridu železiteho (FeCl3)
Podobne vyrábam aj plošné spoje. Viac v samostatnom článku zariadenie na voľnú energiu
Ďalšie postupy
Aj s týmto slabým laserom sa dajú robiť doplnkové technologické operácie ako rezanie plotrom alebo frézovanie. Samozrejme v obmedzenej miere, ale sú to ďalšie možnosti použitia.
Ak chceme preniesť masku na iný povrch, tak najprv nalepíme fóliu na kúsok plechu. Ja som použil nalepovaciu plastovú tapetu. Na ňu vygravírujeme kontúry obrázku. V mieste obrysov laser plast prereže ako rezací ploter.
Celé to prelepíme papierovou lepiacou páskou, aby sa jednotlivé vyrezané časti od seba neoddeľovali.
Pomocou papierovej pásky prenesieme vyrezané tvary na nový povrch a potom papierovú pásku odstránime.
Vľavo je cez masku nastriekáná farba sprejom. Vpravo maska chránila sklo počas pieskovania. Sklo pod maskou zostane lesklé, pričom obnažené sklo zmatnie.
Hĺbkové gravírovanie
Skúsil som vyrobiť tvarovú pečiatku. Nie je to pečiatková guma ale obyčajná guma na gumovanie, ibaže čiernej farby, aby dobre pohlcovala laserové žiarenie. Treba vytvoriť obrázok s inverznými farbami na vygravírovanie reliéfu.
Jednoduché tvary sa vytvárajú ľahko. Zložitejšie tvary strácajú detaily.
Pri gravírovaní do tvrdého dreva niekoľko krát po sebe vypálime ten istý obraz. Tým sa v mieste dopadu lúča drevo úplne spáli sa zostane len popol. Povrch očistíme kefou, čím sa popol odstráni a zostane nápis ako reliéf vygravírovaný do hĺbky niekoľko milimetrov.
Hlboký reliéf som prekryl hrubou vrstvou akrylovej farby.
Po zaschnutí farby som povrch zrovnal, vybrúsil, vyleštil a nalakoval.
Farba je fosforeskujúca a v tme svieti.
Záver
Hlavnou výhodou tohto lasera je omnoho nižšia cena oproti profesionálnym prístrojom. Celé zariadenie je vďaka malým rozmerom ľahko prenosné a jednoduché. Z toho vyplýva hneď aj jeho veľká nevýhoda a tou sú malé rozmery gravírovanej plochy. Ďalšou nevýhodou je malý výkon, ktorý umožňuje priame gravírovanie len do dreva a plastov. Na druhej strane, pri použití leptania je možné gravírovanie aj do kovu alebo skla. Tento laser je teda vhodný hlavne do hobby dielne, kde poslúži napríklad na: výrobu štítkov, meracích pomôcok, plošných spojov a iných nezmazateľných popisov
Kam ďalej: