Abril 28 2017 00:33 am

Autor Tema: Laser de CO2  (Leído 17752 veces)

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Desconectado R.D.X

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Laser de CO2
« en: Abril 06 2008 15:17 pm »
bueno, aqui les dejo los planos para hacer un laser de CO2, de esto ira mi trabajo de recerca en 2º de BAT (y eso que aun hago 4º de ESO), hare uno de estos:
precio aproximado: 1000 y pico €

modificado el 18-4-08 a las 19:37:
un laser de CO2, es un objeto que emite una luz, alterando los fotones y combinado con una mezcla de gases, en mayoria CO2. Sirve para cortar/quemar algo a distancia. Puede cortar un arbolito con 2 min.

ESQUEMAS DE CONSTRUCCIÓN

EL MUEBLE:

Buscar un mueble (de cocina, barato, en kit del IKEA por ejemplo), o usar uno que tengamos por ahí. En él deben montarse los distintos elementos del Generador Láser. Es muy buena idea que lo montes en una base con ruedas para poder desplazar todo el conjunto cómodamente. La distribución del mio es aproximadamente esta:



Pero ya sabes que puedes adaptar todas las cosas según tu ingenio y necesidades. Aunque te aconsejo que el depósito de agua esté siempre debajo (por si hubiera fugas de agua).

LA CAMISA DE REFRIGERACIÓN DEL TUBO DE DESCARGA:

Esta camisa está compuesta de un tubo transparente de plexiglass de un diámetro interior de 46 mm y exterior de 50 mm, pared de 2 mm de grosor. También serviría uno algo más estrecho. Su misión consiste en refrigerar con un circuito de agua constantemente el tubo de pirex que va encendido por su interior. Sus dos extremos van cerrados con un tapón para impedir que salga el agua, pero en el centro de estos tapones hay un agujero que permite introducir a presión el tubo de pirex de tal forma que no salga el agua por sus bordes. Estos tapones son de goma o de silicona. Las tomas de entrada y salida del agua se deben poner en la parte superior, pegadas con resina epoxi adecuada para plásticos y por supuesto que no tengan pérdidas.



LOS ELECTRODOS Y CABEZALES DEL TUBO DE DESCARGA:

Los electrodos están formados por unas tes de latón, de las usadas en las instalaciones de gas (de marca Sambra o Giacomini) que producen la estanqueidad al roscar sus tuercas abiertas y producir presión sobre unos ovalillos, aunque nosotros no vamos a necesitar ni usar los ovalillos, ya que el tubo que vamos a meter dentro de las tes es de vidrio pirex, no de
Cobre.



 Estas tes tienen unas tuercas abiertas que roscan en cada rama. El electrodo del cabezal de salida del laser será el ánodo (+) y una de las tuercas de su te irá incrustada a ras, en un cilindro de plástico blanco de los que se usan como recambio de los martillos de albañil, estos cilindros de plástico los venden en las tiendas de repuestos y de herramientas, los hay de varios tamaños, pero los que yo he usado son de 70 mm de diámetro y 40 mm de grosor. Es un material que se puede mecanizar muy bien. El otro electrodo el cátodo (-) es el que se calienta durante el funcionamiento del láser, por lo tanto, debe ir roscado y posteriormente soldado con estaño en un cilindro de latón macizo, a ser posible ranurado en su superficie, para procurar una buena disipación del calor. Sus medidas son: 60 mm de diámetro y 25 mm de grosor. Tanto el cilindro de plástico del ánodo como el cilindro de latón del cátodo deben mecanizarse como explicaré posteriormente para sostener los espejos de la cavidad óptica.
 
Los dos extremos del tubo de pirex que van a entrar en las tes, se deben lijar exteriormente al menos unos 2 cm, con la intención de procurar un mejor agarre al adhesivo. También es interesante lijar o rayar el interior de la té donde va a ir el tubo. Este adhesivo es necesario que sea un epoxi especial que resista la temperatura y procure buena estanqueidad. Yo usé Araldit 7070 y dio buen resultado.
 
Es muy importante que mientras se seca el adhesivo que pega el tubo en las tes, se compruebe y mantenga una buena alineación y horizontalidad de todas las piezas. De no haber una buena alineación coaxial entre tes, cabezales y tubo de pirex, las pérdidas por difracción pueden arruinar nuestro trabajo.
 
LOS CABEZALES:

El cabezal del ánodo está compuesto de un cilindro de plástico, y el cabezal del cátodo está compuesto de un cilindro de latón para aumentar la masa metálica del mismo y procurar una buena refrigeración y otro cilindro de plástico anexo igual al del ánodo. Este último cilindro de plástico para el cátodo tiene la importante misión de aislar el espejo trasero del metal del electrodo y lo que es más importante de separarlo una distancia suficiente para evitar que el chisporroteo o "sputtering"  de la descarga eléctrica lo deteriore.
 
La mecanización de estos cabezales es más o menos como sigue:








Las juntas toroidales cumplen dos funciones muy importantes:
 
1ª) Procuran una perfecta estanqueidad para evitar pérdidas de vacío o de flujo de gases.
 
2ª) Procuran el suficiente grado de flexibilidad como para poder actuar sobre los tornillos de ajuste y alineación del espejo sin que se destruya el vacío. (No deben ser muy delgados).
 
El diámetro de los espejos es de 1 pulgada (25,4mm), y de aproximadamente 3 mm de grosor, consecuentemente debemos mecanizar los cabezales con las medidas y profundidades adecuadas para que todo encaje perfectamente (yo tuve que hacer varios retoques en algunas piezas).
 
Dos simples cuadros de DM colocados en escuadra sirven de soporte a los cabezales (por su puesto llevan sus correspondientes taladros para el tubo de refrigeración y para el tubo de entrada o salida de gases de las Tes).
 
El cabezal de latón lo mecanizó mi amigo Luis A. de Prado en un excelente trabajo de torno, en el que incluso realizó el roscado interior para el extremo de la te.
 
El diámetro del tubo de pirex es de 15 mm e interior de 12 mm. Las tes de latón deben ser en consecuencia. El largo del tubo de descarga se elige dependiendo de la potencia que nos entregue el transformador de alimentación. Para ello se propone el siguiente balance de potencia.

EQUILIBRIO DE ALIMENTACIÓN:

Los transformadores de neón vienen limitados a una intensidad de trabajo determinada (valores normales son de 18mA a 100 mA), por lo tanto una vez conocida la potencia real que entregan en su secundario, se diseña y corta el tubo de descarga para procurar que dicho tubo absorba la potencia justa que entrega dicho transformador. Cortar un tubo más corto haría que el tubo se quemara o bien nos obligaría a usar una resistencia balasto, y más largo estaríamos desperdiciando longitud de descarga y gas.
 
Aclarado esto debemos primeramente aceptar los siguientes valores: Para excitar correctamente una mezcla gaseosa de CO2, N2 y He en flujo lento, es necesario mantener una intensidad de 40mA a un nivel de voltaje de 8KV por metro de longitud de descarga.
 
Por ejemplo tenemos un transformador de 10KV/50mA pero debido al rendimiento su potencia real en el secundario no es de 500W como podríamos pensar, sino de 280W según nos indica el fabricante. Bien, esto quiere decir que la intensidad máxima real que nos entrega es de 28mA.
 
¿Como podemos subirla a los 40mA necesarios para excitar los gases? La respuesta es disminuyendo el Voltaje en la descarga hasta:
280W / 0,04A = 7KV.
Pero ahora no tenemos suficiente voltaje para excitar 1 metro de tubo. Bueno, pero acortamos el tubo hasta:
7KV / 8KV = 0,875 m = 87,5 cm
Con lo cual mantenemos el nivel de voltaje de 8KV/m y la intensidad necesaria de 40mA.
 
Con estos sencillos cálculos podemos diseñar un tubo de descarga láser de CO2 para casi cualquier transformador de neón, sin necesidad de andar con resistencias balasto (que además de complicadas de construir, absorben potencia y por tanto se calientan disminuyendo el rendimiento total).

MODALIDADES DE ALIMENTACIÓN:

El tubo láser de CO2 se puede alimentar de tres formas diferentes, cada una con sus ventajas e inconvenientes:
 
1ª) Simplemente conectando la salida de alta tensión alterna del transformador a los electrodos del tubo. Esta forma es sencilla pero adolece de poco rendimiento y baja potencia láser de salida que además es pulsada a 100 Hz. No obstante funciona.
 
2ª) Se rectifica la salida del transformador mediante un simple puente rectificador de onda completa, hecho con 4 diodos de los que usan los hornos microondas. Este sistema es el que yo utilizo. Obtenemos de esta forma una corriente continua pulsatoria, pero de buen rendimiento.
 
3ª) Se rectifica la salida del transformador mediante un puente igual que el anterior, pero además se filtra mediante condensadores y resistencia de alisado. Tal vez el mejor rendimiento, pero no compensa el precio y el trabajo de fabricar el filtro, que además también absorbe energía.



LA CAVIDAD RESONANTE:

La Cavidad Resonante es la parte del láser formada por los espejos y el espacio físico de medio activo que hay entre ellos. Una cavidad resonante tiene varias misiones:
 
1º)  Realimentar la radiación que se produce por emisión estimulada en el medio activo (Debido a su configuración óptica el rayo de  radiación sufre múltiples reflexiones de ida y vuelta siguiendo siempre un mismo camino sin salir de la cavidad).
 
2º) Procura interferencias constructivas "enfasamiento" de las ondas que viajan en su interior, reforzándose mutuamente, permitiendo un gran grado de coherencia en el haz de salida.
 
3º) Conforma el mecanismo de extracción de la radiación utilizable del proceso láser. (Uno de sus espejos deja pasar una cierta cantidad de energía hacia el exterior, que es la que vamos a utilizar como rayo láser).
 
Para cada tipo de láser, los espejos de su cavidad resonante deben tener unas características especiales. Principalmente características ópticas. Como son: Reflexión, Transmisión, Estabilidad de la configuración, etc.
 
Idealmente el espejo de reflexión total o espejo trasero debe estar construido con un material que resista la temperatura sin mucha dilatación, que no absorba prácticamente nada de la radiación del láser y que la refleje al 100% debido a su recubrimiento reflexivo (para el láser de CO2 el mejor material reflexivo es el oro o bien recubrimientos dieléctricos multicapa especiales generalmente depositados sobre un soporte de silicio o de cobre.) De todas formas, se puede usar un simple espejo de plata de primera cara, pero que se deteriorará con el tiempo.
 
Para el espejo de salida las cosas cambian y se hacen más exigentes, en primer lugar el soporte debe ser de un material que no presente absorción a la longitud de onda del láser y que posea una alta transmisión para la misma, es decir que se comporte transparentemente. Posteriormente y si interesa, se le aplicará un recubrimiento reflexivo para obtener el porcentaje de reflexión deseado por una de sus caras. Los materiales que se usan para el láser de CO2 suelen ser el Seleniuro de Zinc, el Germanio, el Arseniuro de Galio, el Sulfuro de Zinc, el Cloruro Potásico, el Bromoioduro de Talio, y en general todos aquellos que dejen pasar bien la radiación de 10,6 micras.
Una vez elegido el tipo de material y sustrato queda definir el tipo de cavidad óptica resonante utilizada para el láser en cuestión. Esto se elige de acuerdo con la potencia a generar, normalmente se emplean 3 tipos de cavidad óptica: Esférica, Planoesférica y Planoparalela.
 
Cada configuración óptica tiene sus ventajas y desventajas en cuanto a estabilidad, facilidad de alineación, aprovechamiento del medio, etc. Para los láseres de baja y media potencia hasta unos 300 W la configuración óptica más usada es la Planoesférica, esta configuración combina facilidad de alineación con un aprovechamiento del medio aceptable. Para grandes potencias se suele usar la configuración Planoparalela que posee el mayor aprovechamiento posible del medio, pero una gran dificultad en el ajuste y mantenimiento de la alineación paralela de los espejos. Los recubrimientos para láseres de CO2 de alta potencia no son posibles, así que en este caso se pueden usar cavidades inestables o también la configuración Planoparalela que actúa como un etalón Fabry-Perot
 
Para un espejo plano a incidencia 0º la reflexión es la siguiente:
 
R = ((n-1)/(n+1))2 *100*2
 
n es el índice de refracción del material usado a 10600 nm. Así por ejemplo, una ventana de Seleniuro de Zinc (n=2.4), sin ningún recubrimiento reflexivo podría formar un espejo plano de salida a incidencia 0º con un porcentaje de reflexión del 34% y una transmisión del 66%.
 
R = ((2.4-1)/(2.4+1))2*100*2 = 34%
 
La configuración Esférica es la más simple y fácil de ajustar y alinear, pero favorece la generación simultánea de múltiples modos transversales en la misma, lo que repercute mucho en la calidad del haz y en su posterior focalización.



Además de esto, la cavidad se puede dimensionar para ser estable o inestable según interese. Una cavidad o resonador es ópticamente estable si después de un gran número de reflexiones en los espejos, la luz o haz de radiación todavía permanece dentro de la cavidad y no abandona la misma por los laterales de la cavidad o por las aristas de los espejos. La estabilidad o inestabilidad de una cavidad queda determinada por la longitud de la misma y por el radio de curvatura de sus espejos. Se consideran resonadores estables aquellos que cumplen la siguiente condición:
 
                                                                                  0 < g1*g2 < 1
 
Donde:                                                        g1 = 1- (L/r1)    y     g2 = 1- (L/r2)
 
Siendo L = distancia entre los espejos en metros, r1 y r2 = radios de curvatura de los espejos en metros. La distancia focal de un espejo esférico siempre es la mitad del radio de curvatura, F=r/2
 
Las características del haz láser (diámetro, y divergencia principalmente) estarán condicionadas por el tipo de cavidad a usar.
 
La cavidad de este láser de CO2 es de tipo plano esférica con un espejo de reflexión total de silicio, esférico de 10 metros de radio de curvatura y un espejo plano de salida de ZnSe con una reflexión del 70%. Esto genera un haz de salida de unos 6,7 mm de diámetro con una divergencia de 2 milirradianes.



EL CIRCUITO DE GASES:

Este láser usa como medio activo una mezcla de 3 gases, CO2, N2 y He en una proporción de 10, 15 y 75% respectivamente. Esta mezcla de gases debe circular y renovarse constantemente por el tubo de descarga durante su funcionamiento. Por tanto, el gas solamente es usado una vez durante su recorrido por el tubo de descarga hacia el exterior. Este láser es de flujo lento por lo que la velocidad de consumo de gas no es superior a 3 o 4 litros por minuto. Este flujo continuo lo proporciona la bomba de vacío, que al mismo tiempo, mantiene dicho flujo a la presión óptima de entre 8 y 20 Torr.

Para conseguir este flujo a esta presión debemos crear el siguiente circuito:



Es muy importante el uso correcto del manoreductor y su llave de aguja para regular tanto el caudal de gases que entran al tubo de descarga, como la presión de los mismos. Una presión muy elevada haría que el tubo se apagara y una presión muy baja no contendría la suficiente cantidad de mezcla gaseosa para producir acción láser. Debemos buscar el punto justo.
 
Cerrar siempre la llave de aguja antes de apagar la bomba de vacío, para impedir sobrepresiones en el tubo de descarga y los espejos.


bueno, hasta aqui los esquemas de constuccion...

Creo que esto en un trabajo de recerca, se merece matricula de honor... (pero aun me quedan 2 años)


porfabor, opinad sobre esto...

si alguien quiere estos esquemas de construccion, que me diga su e-mail, para que se lo envie con imagenes mas grandes, etc...
« última modificación: Abril 18 2008 19:42 pm por R.D.X »
Una trampa simple en un oscuro rincón de la mente y sus pesadillas se harán realidad.

Desconectado R.D.X

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Re: Laser de CO2
« Respuesta #1 en: Abril 10 2008 00:09 am »
joooooooo, por que nadie responde...
Una trampa simple en un oscuro rincón de la mente y sus pesadillas se harán realidad.

Desconectado Chilenillio

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Re: Laser de CO2
« Respuesta #2 en: Abril 18 2008 01:33 am »
creo que es muy complicado para mi
pero lo has visto en funcionamiento?
puede salirte un gran proyecto si le pones empeño


                                    saludos

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Re: Laser de CO2
« Respuesta #3 en: Abril 18 2008 14:42 pm »
MMmmmm
¿En general cuál es el propósito del laser?
Nos has dicho como se hace pero no qué es.

En ocasiones es preferible hacer una introducción explicando el proyecto, qué es, para que sirbe, qué hace, qué tiene de especial, y luego la construcción del mismo para más interesados.
Descubramos juntos el poder del 8º arte humano.

Desconectado TPM

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Re: Laser de CO2
« Respuesta #4 en: Abril 18 2008 19:22 pm »
lo has sacado de una web o lo has hecho tu ? esque me da muchisima pereza leerme eso xd
Donde huela a polvora alli estaré 
UNO DE MURCIA

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Re: Laser de CO2
« Respuesta #5 en: Abril 18 2008 19:47 pm »
he corregido algo para contestar algunar preguntas (esta escrito en rojo al principio.

respuesta a TPM: me lo paso un amigo, pero el lo saco de una paguina web.
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Re: Laser de CO2
« Respuesta #6 en: Abril 18 2008 20:07 pm »
Me parece un proyecto muy difícil.  Por esos 1000 euros podrías dedicarte a proyectos mucho mejores, la mayoria no superan los 200 euros. Podrías hacer algun experimento con cohetes o algo parecido y asi ayudar al foro jeje.
Yo en tu curso también quería hacer algo relacionado con esto, un cañon de fusión, en lugar de crear láser creabas mucha temperatura que salía disparada en forma de rayo cómo esas bolas que tienen rayos violetas en su interior. En total no costaba más de 400 euros, pero al final y debido a la insitencia de los profesores tube que escojer otro proyecto que al principio no me gustaba pero al final me entusiasmó, debido a que consideraban el otro proyecto muy costoso, peligroso y difícil de verificar que la información sacada de internet llevara todos los pasos para su correcta realización.
También me he leido un poco la explicación y veo que hay algunos puntos muy difíciles de realizar. Uno de estos es que por cada minuto de láser necesitas de 3 a 4 litros de gas, que hay algunas sustancias difíciles de obtener y que sería peligroso debido a la radiación UV que produce. Por cierto en tu caso el láser no serviria para quemar no? porque lleva un tubo que recubre el láser.
Si quieres algo similar a esto ve a deal extreme que por menos de 40 euros tienes un láser parecido a este con una potencia de 200 W.

Desconectado chucknorris

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Re: Laser de CO2
« Respuesta #7 en: Mayo 20 2008 14:48 pm »
Pasate por el foro de http://www.cientificosaficionados.com/foros/index.php
antes de saber que este foro existía era donde preguntaba sobre explosivos
el creador de la pagina es un profesor de universidad que has construido muchos proyectos como por ejemplo un fusor de helio o un cañón de plasma

Desconectado naxo_vidal

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Re: Laser de CO2
« Respuesta #8 en: Septiembre 28 2009 23:03 pm »
wenas a todos ya se q este tema esta muerto pero queria comentar algunas cosas que me parecen importantes

primero me presento soy nuevo en el foro y escribo para comentar mi experiencia con lasers. Actualmente trabajo para una empresa reparando todo tipo de equipos de electromedicina.

A la gente que le guste la electronica y la quimica es muy interesante leer toda esa explicacion, pero realmente es muy poco aconsejable que hagan ese experimento. Y al creador del tema no se si seguira pensando en hacer ese proyecto solo decirle que creo q ni para final de carrera (ingenieria)sería bueno.

Los lasers no son como por ejemplo un puntero laser (ya se que suena tonto pero hay gente que se confunde) sino que estamos hablando de laser en espectro no visible y que es ablativo. El laser es muy muy muy peligroso y por jugar con un juguete como ese uno puede perder la vision y quedarse ciego por ejemplo.

Se que parece la tipica historia que dice una madre de "te vas a sacar un ojo" y es mentira pero aqui es cierto. Bien el laser se refleja en la gran mayoria de los materiales y nosotros no lo vemos.

El daño que pueda causar depende de la potencia y la focalizacion asi como la longuitud de onda y otros factores. si la focalizacion esta en un punto pequeño el daño es exponencialmente mayor. El caso es que al ser invisible tu no ves el spot ni tampoco donde se refleja y al reflejarse puede crear un spot mas pequeño aumentando asi su fluencia por lo tanto aumneta el calor o capacidad de "cortar" para entendernos.

respcto al tema de las potencias es una burrada lo que dice alli de 300w creanme que en el mercado no existe cosa parecida lo maximo que he visto generado por CO2 medido en la salida an sido unos 60w. Las potencia de la fuente no tiene relacion directa con la salida del laser que es lo que realmente importa... como comprenderan eso hablando de tubos fabricados por grupos de ingenieros con materiales especificos rellenados en el momento de la fabricacion (los gases ya dentro del tubo) y posteriormente sellados y el tubo tiene varias cavidades por donde va el etilenglicol... aun asi los materiales tienen sus limitaciones.

Los medicos trabajan en cirujias del ojo humano a unos 2w aproximadamente con un spot pequeño claro por lo tanto imaginense que se refleje solo  el 10% del laser con la mala suerte que se te focalice en un ojo ya te ha arruinado la vida...

Nosotro utilicamos unas gafas especiales que las venden en sitios especializados. Cada gafa sirve para unas longuitudes de onda determinadas y si son muy caras pero son necesarias.

Comprar gafas no es muy viable haciendo ese proyecto porque no puedes asegurar que onda tiens en la salida porque si ya de por si los tubos coreanos son inestables no kiero imaginarme como sera un tubo fabricado en plan bricomania.

resumiendo el articulo esta interesante pero no pongan en riego su salud porque eso no se recupera


ya solté el rollo jeje un saludo :hola:

Desconectado magiver

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Re: Laser de CO2
« Respuesta #9 en: Enero 14 2010 23:13 pm »
A mi me interesarian los esquemas de construcción, ya que estoy desarrollando un proyecto para la U y me parece bastante entretenido el hacer un laser.

Desconectado polo carlos

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Re:Laser de CO2
« Respuesta #10 en: Enero 26 2015 00:10 am »
buen dia soy nuevo en el foro y me interesa la informacion del laser,
gracias por tu pronta respuesta.
si te interesa te puedo ayudar con equipos de control electronico industrial.
saludes.
Polo Carlos