LLM‑Disclaimer:
Пару недель назад я рассказывал, как за вечер собрать синий лазер на 70 ватт: матрица от проектора, буст‑конвертер, восемь банок 18650, процессорный кулер, два десятка деталей и вечер с паяльником. А, между тем, оказывается, существуют и мини‑версии синих лазерных матриц, которые мне хотелось запихать в корпус от фонаря
Так вот, корпус от фонаря не понадобился.
Та же самая конструкция, только урезанная до состояния, когда резать больше нечего: матрица NUBB23 на четыре кристалла, медная шина вместо радиатора, две банки 18 650 вместо восьми, белый буст с Али и две кнопки.
Восемь деталей, час‑два времени, размер с пачку сигарет. Дерево, бумагу и прочую органику поджигает на расстоянии вытянутой руки, а больше от зажигалки ничего и не требуется. Впрочем, можно ещё мух и тараканов поджаривать.
Мини‑матриц два варианта: NUBB23 и NUBB24 (на самом деле больше, но эти две самые распространённые). Для карманного варианта подойдёт лучше младшая, 23-я. Ниже расскажу, что это за «восемь деталей», плюс кое‑какая арифметика по току и батарее, недостатки конкретной конструкции и варианты апгрейдов.
Уровень сложности: начинающий DIY‑электронщик. Проще, чем семидесятиваттный NUBM38, примерно настолько, насколько восемь меньше двадцати:)
Что понадобится из приборов: паяльник ватт на 50–70 (с запасом: плата‑держатель матрицы медная, у буста — алюминивая, и обе жадно отбирают тепло от жала), лабораторный БП до 12 В и 10 А, мультиметр и что‑нибудь измеряющее постоянный ток до 5 А — я использую токовые клещи UNI‑T UT210D. Можно просто любой амперметр. Дрель, сверло 2.5 мм и метчик М3.
Ещё будут небесполезны кувалдометр и тиски — чтобы аккуратно погнуть кусок медной шины.
Техника безопасности
Этот раздел я в прошлый раз написал подробно, со ссылками на разборы ув. @Laserbuilder и разными FAQ, сопроводив его гайдом по выбору защитных очков. Всё это лежит там, пересказывать не буду и повторю только то, что отличается для карманного лазера.
Отказ от ответственности (та же юридическая формальность, что и в прошлый раз)
Материал описывает сборку портативного устройства на лазерном источнике 4 класса опасности и предоставляется исключительно в информационных и образовательных целях. Автор не несёт ответственности за сборку и применение чего бы то ни было из описанного ниже. Правила оборота и применения лазерных изделий 4 класса в разных странах различаются очень сильно, разберитесь со своим законодательством до, а не после. Попытки посветить в людей, животных, окна, транспортные средства и прочие подобные объекты в разных юрисдикциях заканчиваются по‑разному, но обычно — плохо. Смотреть в луч ни первым, ни вторым, ни третьим глазом по‑прежнему не рекомендуется.
Двадцать два ватта — это меньше, чем семьдесят, но для глаза разницы никакой: порог, за которым сетчатка выгорает быстрее моргательного рефлекса, лежит на три порядка ниже. Отблеск от гайки, стекла или полированного корпуса работает точно так же, и при попадании на сетчатку может сделать в ней немножно битых пикселей вплоть до полной слепоты, если очень не повезёт.
Но нюанс здесь в том, что карманный размер провоцирует карманное отношение: девайс может лежать себе на столе среди прочего хлама, его берут в руки не думая, а кнопка пуска торчит наружу. У предыдущего большего билда на NUBM38, с кулером и восемью банками 18650, есть хотя бы солидный размер и вес, и, скажем так, «ритуал включения тумблера», повышающий внимательность и осторожность. У этого — нет ничего. Ровно так я в декабре 2023 случайно включил аналогичный синий лазер прямо себе в щеку (отделался лёгким испугом). На изначальных фотографиях сборки из 2023 года между батареей и драйвером нет ничего, что мешало бы такому повториться. А вот на свежих снимках уже имеется защитный тумблер по питанию: это самая дешёвая деталь в списке, и одновременно одна из самых важных. Подробнее в конце статьи.
Помните: очки надеваются до того, как девайс взят в руки, а не после.
И ещё такой момент. Термозащиты здесь нет, никакой. Единственный термоконтроль — медная шина, контактирующая с ладонью. Работает по принципу: если держать стало обжигающе горячо — пора дать лазеру передышку.
NUBB23 и NUBB24: чем отличаются и почему младшая лучше
Осенью 2023 мне приехали с Таобао две мини‑матрицы Nichia: NUBB23 на четыре кристалла и NUBB24 на восемь. Первое, что бросается в глаза при распаковке — они поразительно крошечные в сравнении со старшими родичами. Плата с матрицей размером примерно с ноготь большого пальца, и на ней те же самые синие кристаллы, что стоят в семидесятиваттных NUBM35/38, только четыре штуки вместо четырнадцати, и гораздо плотнее упакованы на плате.
NUBB23. Четыре кристалла в одной цепочке под одним линзовым блоком. Продавцы пишут 22 Вт оптики, 455 нм, рабочее напряжение около 18 В — то есть по 4.5 В на кристалл, как и у больших. Один выход, один луч.
NUBB24. Восемь кристаллов, 44 Вт, 36 В на всю матрицу (то есть все восемь последовательно, по тем же 4.5 В), и — вот это главное — два отдельных линзовых блока по четыре кристалла под каждым. На фото выше это видно без пояснений: у верхней матрицы два окна, у нижней одно.
Отсюда два следствия, и оба против NUBB24 в карманном формате.
Двойной луч. Два линзовых блока дают два параллельных пучка с зазором в несколько миллиметров. Вблизи это одно пятно, на нескольких метрах — два. Я уже наступал на эти грабли с красной матрицей NURM31, у которой по два выхода в каждой ячейке, и это очень печально: красный и так‑то плохо виден невооружённым глазом, а тут ещё и делить пополам. Впрочем, можно делать мемы про laser eyes ирл.
Ток. Тут проще всего посчитать вслух. NUBB23 при 18 В и 2.9 А берёт примерно 52 Вт на вход; при КПД синих Nichia около 40 процентов это как раз 22 Вт оптической мощности. От батареи из двух последовательных 18 650 (7.4 В номинала) это 8–9 А через каждую банку. Много, но приличная банка такое вполне держит, особенно если недолго (а долго и не получится, термоконтроль через медную шину в ладони не позволит).
NUBB24 при 36 В и тех же 3 А — уже 110 Вт электрических. От той же пары банок это 16–18 А. Высокоёмкостные 18 650 (а под рукой у меня были именно такие, на 3000+ мАч и 5–10 А) на таком токе проседают к трём вольтам и греются; высокотоковые вроде VTC5A или P28A, возможно, потянут. Но у меня под рукой были 4s1p липольки, и они по току тянут без вопросов. Вторую зажигалочку я собрал на NUBB24 именно с LiPo. Но литий‑полимерка с балансирным разъёмом — это уже не две банки 18 650 в холдере, а жирная (и временами очень горючая) хрень. И в карман не очень удобно класть.
Так что для карманного формата гораздо лучше зайдёт NUBB23 на двух 18650. Если очень хочется 24 с двумя лучами, то проще всего будет взять два высокотоковых 21700: у них и ток, и ёмкость выше, и холдеры под них существуют. Но девайс станет чуть крупнее и толще.
Про луч. У обеих матриц он не квадратный, как у больших, а вытянутый: выходы эмиттеров сведены очень хорошо, но у каждого из них луч имеет сильную анизотропию, представляя собой узкую полосу (по одной из осей расхождение сильно выше, чем по другой). Для превращения его в квадратный требуется специфическая корректирующая оптика, которая существует для одиночных лазерных диодов, но вот под матрицы я такого не встречал. На laserpointerforums про NUBB23 пишут то же самое: на десяти метрах пятно тонкое, но сильно вытянутое в полосу. Но для зажигалки это обстоятельство не принципиально.
Восемь деталей
Тут реально 8 (восемь) деталей (если не считать два винта М3, провода, термопасту и кусок двустороннего скотча).
Матрица NUBB23. Вот актуальный лот на Али, ключевик для поиска — «NUBB23 455nm 22W». На Goofish и Taobao их продают чуть ли не россыпью на вес. Примерная цена — сотня‑полторы юаней за штуку.
Медная шина. Кусок медной полосы (стандартная 3×25 шина), согнутый буквой П так, чтобы внутрь встал холдер с банками, а сверху крепилась матрица. Nota bene: медь бывает отожжёная и неотожжёная. Первая гнётся руками, вторая твёрдая и неподатливая. Чтобы превратить неотожжёную в отожжёную, медь надо нагреть докрасна и дать остыть. Короче, гнутая медяка это и шасси, и радиатор, и вдобавок туда же можно кинуть общий минус. Два отверстия под резьбу М3 (сверло 2.5 мм) — вот и весь металлообрабатывающий этап. Впрочем, нарезать резьбу в меди это отдельная наука, рекомендую вначале потренироваться на каких‑нибудь медных огрызках.
Холдер на два 18650 с выводами под пайку. Тот же совет, что и в прошлый раз: с подгибающимися металлическими полосками, а не с пружинками и проводами. Пружинки на девяти амперах греются, и вообще они мерзкие и неудобные.
Две банки 18650. Вот в этом случае конкретная химия аккумов имеет значение. Ток 8–9 А и всего два элемента. Samsung 30Q, Sony VTC5A/VTC6, Molicel P26A/P28A — любая из них с запасом; высокоёмкостные на 3400 мАч и 5 А — на пределе; ноунеймам «100500 mAh» — отказать. Ну, или взять 21 700 и не заморачиваться.
Кнопка питания. Любой тумблер или кнопка с фиксацией, на ~10 А, в разрыв между батареей и входом драйвера; у меня типичный красный клавишный тумблер, приклеенный к драйверу. Это предохранитель от случайного нажатия на кнопку пуска: пока питание выключено, микрик можно давить сколько угодно. На фотографиях сборки 2023 года её нет, и это не минимализм, а ошибка конструкции — подробности в конце.
Кнопка пуска. Микропереключатель с рычагом (на фото — зелёный концевик) в разрыв между выходом драйвера и матрицей. Зачем именно так, а не кнопкой по питанию — пусковой выброс, который деградирует матрицу: при подаче питания на драйвер он выдаёт бросок тока в 200 процентов от выставленного, а при замыкании уже установившегося CV выхода — нет. Можно любую другую кнопку, способную на 3 А, или мосфет; я лично просто люблю эти концевики ставить всюду, где от кнопки требуется выживать при разрыве тока в несколько ампер.
Белый буст. Младший брат того большого драйвера на алюминиевой плате. Конструкция и внешний вид почти идентичны: белая плата с тороидальным дросселем, четыре конденсатора 220 мкФ на 50 В (на большом брате их шесть) и два многооборотных подстроечника CC и CV. На моём написано HW-449, вот такой, их на Али куча одинаковых по ключевику «boost converter 250w». Сразу предупреждаю: лучше брать сразу три штуки (а ещё лучше десяток, вещь в хозяйстве крайне полезная), так как заметный процент с браком: то ток не выставляется, то напряжение не ограничивается, то просто ничего не делает. Плата буста идеально вписывается поверх холдера двух 18 650 через двусторонний скотч. Для 18 В и 3 А её хватает с запасом. На NUBB24 (на фото слева) стоит по виду точно такая же, но с надписью TENSTAR ROBOT, её тоже хватает.
Расходники: два винта М3, силиконовые провода на 16–18 AWG, термопаста, двусторонний скотч.
Чего в списке нет (из того что было в большой версии): радиатора с кулером, термозащиты KSD, амперметра, понижайки для вентилятора, XT60, защитного окна, второго холдера и дополнительных банок. Вольтметр не обязателен, так, чисто следить за батками, поэтому его не считаю.
Медная шина вместо радиатора: почему это вообще работает
Вообще говоря — не работает. Точнее, работает секунд где‑то так пятнадцать.
Из 52 Вт по входу 22 уходят светом, а остальные 30 Вт греют матрицу и всё, к чему она прикручена. У 70-ваттной NUBM38 это 100–150 Вт тепла и процессорный кулер под них. Здесь — кусок меди массой граммов в 50–100 и без единого ребра. Теплоотвод работает чисто на теплоёмкости меди.
Медь берёт 0.385 Дж на грамм на градус. Для сотни граммов это ~40 Дж/К, и при 30 Вт тепла шина греется почти на градус в секунду. Через 15 секунд это плюс 10–15 градусов на шине и заметно больше на самой матрице (у которой предел 75 °C). Так что пост в канале был написан ровно по ощущениям: «Медная шина перегревается весьма быстро, но на поиграться (секунд 10–15) хватает.»
Иными словами: это не радиатор, а тепловой аккумулятор. Режим работы — зажигалка: нажал, поджёг, отпустил, потрогал шину. Тёплая — можно продолжать. Горячая — кладём и ждём минуту‑другую, пока температура не упадёт до приемлемой. Непрерывный режим в подобной конструкции противопоказан, и, кроме того, сам по себе форм‑фактор предполагает, что его держат в руках во время работы (в том числе поэтому здесь нет термозащиты — во‑первых, она бы регулярно триггерилась и давала тот самый выброс тока при возврате, во‑вторых — нафиг она нужна, если есть отличный термосенсор кожи руки?)
Если хочется гонять больше пятнадцати секунд подряд, то шина (либо сама матрица) прикручивается к чему угодно алюминиевому и вентилируемому. Но это уже получится другой девайс.
Настройка
Процедура — та же, что в предыдущей лазерной статье, потому буду краток.
Вход драйвера — на лабораторный БП, 8 В (имитируем две банки). Мультиметр в режиме вольтметра на выход. CV‑ADJ крутим, пока не получим 19–20 В, чуть выше рабочего напряжения матрицы. CC‑ADJ выкручиваем в минимум, пока напряжение на выходе не начнёт падать.
Матрицу прикручиваем к шине через термопасту двумя винтами М3. Плюс — со стороны маркировки, полярность подключения проверяем дважды: хоть это и диоды, но тестировать матрицу на стойкость к переполюсовке in vivo не стоит.
Тут самое время надеть, наконец, защитные очки.
Кладём кирпич (или идентичный ему по антигорючести предмет) на пути луча.
Начинаем поднимать CC‑ADJ.
Амперметра в этой сборке нет, так как у меня появились токовые клещи, которые куда удобнее в работе. Главное, чтобы у них был режим с измерением постоянного тока. UNI‑T UT210T, рекомендую к обзаведению.
Генерация начинается где‑то в районе 0.3 А, и дальше можно крутить подстроечник CC‑ADJ до номинального тока в 3.0 А. У меня выставлено 2.9 А. Напоминаю про неочевидное из прошлой статьи: ВАХ кристалла плывёт с температурой, горячая матрица при том же напряжении ест больше, и правильным решением будет либо занизить ток на холодную, либо выставлять ток на прогретой, после нескольких включений на десяток секунд. Кстати, греется она довольно быстро. Я на горячую ток не мерял; скорее всего, через десять секунд там уже не 2.9 А, а где‑то между 3 и 3.5.
Сборка
Тут, как и в прошлый раз, можно было бы просто ничего не писать, но мне так понравился концепт, что расскажу.
Холдер просто поджимается упругостью медной шины (или вклеивается вовнутрь её на двусторонний скотч). Драйвер — сверху на батарею, на тот же скотч. Кнопка питания и микрик — куда встанут (я припаял на плату и обильно полил УФ‑клеем, для вязкости). Проводов четыре штуки: батарея — кнопка — вход драйвера, выход драйвера — микрик — матрица.
Всё.
Корпуса у конструкции нет намеренно, во имя lazycore подхода. Медная шина — отличное шасси, драйвер сверху обдувается естественным путём (хотя, вообще говоря, он просто не успевает нагреться раньше шины). Батарейки удобно менять, опять же.
Сборка первого экземпляра заняла у меня пару часов, большую часть которых заняло изгибание медной шины в нужный размер и нарезка резьбы. Второго — меньше часа, и это уже с перерывами на фотографирование процесса.
Что получилось
Девайс размером с пачку сигарет, который поджигает дерево, бумагу и всё, что попадает под понятие «органика», на расстоянии вытянутой руки, а в паре метров на тёмной поляне выглядит как световой меч.
Один недостаток, который практически не устранить: это форма пучка. Луч — полоса, а не квадрат, и дивергенция по «длинной» оси безобразно велика. Для сфокусированной работы на дистанции ему нужен не только телескоп, как большому варианту, но и корректирующая оптика. Но тогда это уже не будет зажигалкой. А для прикуривания на расстоянии в полметра собственные линзы матрицы дают достаточно удельной мощности сами по себе.
Забавный нюанс: быстро и эффектно удаётся поджечь только сигареты с тёмной бумагой, типа того же Чапмана. Стандартные белые очень долго сопротивляются лазерному лучу. Впрочем, существуют же ещё трубки, да и другие девайсы, и с ними поджигание и нагрев органического сырья работают превосходно.
Недостатки конструкции и возможности их решения
Предохранительной кнопки между батареей и бустом долго не было. На фотографиях сборки 2023 года её нет: девайс взведён с того момента, как в холдер вставлены банки, и любое нажатие на микрик — это луч. Сейчас красный тумблер стоит, но порядок должен быть обратный: тумблер на вход драйвера стоит пятьдесят рублей и ставится за пять минут, и это первое, что надо сделать, а не последнее. Отдельный нюанс: «малая» версия белого буста понемногу жрёт заряд вхолостую, и если оставить девайс с включенным тумблером, то постепенно он сожрёт весь заряд банок.
Нет термозащиты. Вместо неё — палец и «ай, горячо держать». Серия наблюдений показала, что «ай, горячо» примерно соответствует 60–65°C Правильным решением было бы прикрутить KSD-01F на 50–60 °C к шине рядом с матрицей, между нею и кнопкой. Кроме того, ток выставлен на холодной матрице, на горячей не измерялся. Впрочем, вышеописанный органолептический метод термоконтроля исключает длительную работу в нагретом состоянии.
Кнопка коммутирует рабочий ток матрицы. То же самое, что активно обсуждали в каментах к прошлой статье, но я по‑прежнему считаю это оправданным минимализмом для сборки из восьми деталей. Можно сделать плавный старт. Но можно и не делать.
Линзы открыты. Это, конечно, наиболее безблагодатное обстоятельство. Защитного окна нет, и пыль, попавшая на линзовый блок, рано или поздно выгорит на нём в виде несмываемого пятна. Кроме того, линзы могут просто отвалиться механически. У большой версии окно стояло; здесь поставить некуда, кроме как напечатать кожух и выходное окно поверх.
Луч — быстро расходящаяся полоса. Корректирующая оптика для анизотропного луча, полагаю, существует (вогнутая цилиндрическая линза с подходящим радиусом кривизны), но вряд ли её можно просто взять и купить на Алиэкспрессе. Если кто‑то считал такое для NUBB23 или похожих матриц — напишите, интересно узнать.
Нет измерения оптической мощности. Всё, что есть — цифры от Nichia (даташитная мощность, КПД), потребляемая мощность, и последующая арифметика. С другой стороны, воспламеняющаяся за две секунды доска — вполне достаточная арифметика для зажигалки, не правда ли.
Бонус для дочитавших: NUBB24 и семейство
Остальные лазеры на матрицах Nichia, включая то, что в статью не влезло, лежат в канале отдельными постами:
Мета‑матрица: девять NUBM38 и 650 ватт (про неё будет отдельная статья, чтобы все офигели и не смогли расфигеть назад)
Канал называется Zerg Labs [TeslaCoilPro], а в приканальном чате обитает множество любителей diy mad science и всякого такого. Не призываю подписываться, но призываю изучить архив канала за четыре года, живущий на zerglabs.teslacoil.ru. Загляните и не пожалеете.
До новых встреч.
И не забывайте про защитные очки.
Любые копии или вариации данной инструкции должны содержать явное указание на источник.
