Heatsink for Diy Laser Engraver

This instructable is very simple and straightforward but the final result depends of the available tools. Basically this is a quick project that can be done in one day or even in a few hours if you have power tools and skills, the skills counts a lot :p.

This heatsink can be made with surplus parts, almost all the parts can be found in electronic garbage.

A 5w-6w 445nm laser diode is quite expensive and will only let you engrave faster and cut some other materials but keep in mind that if you want to switch to Co2 laser cutter it'll cost in some cases almost the same or less than a 6w laser diode. With a Co2 laser you will have the ability to cut transparent materials such glass and plastics. I'm also building a 5'x5' Co2 laser cutter obviously it costs like 1,300 USD but a 40w-60w would be more cheaper something around $400-$700 USD for a complete machine. A 5w blue laser diode it costs like 300-400 USD and thats just the laser diode cost, you still need to add a good laser driver .

This instructable is in spanish too, I'm from Mexico and I don't see why not write this guide in both languages, I'll try to make it simple with clear instructions, I hope you like it and grammar corrections are welcome.

Introducción:
Esta guía pretende ser simple y clara, el resultado final puede variar dependiendo de las herramientas que se usen o se tengan disponibles. Principalmente es un proyecto rápido que se puede hacer en un día o hasta en unas cuantas horas dependiendo las habilidades y herramientas disponibles. Los materiales a usar se pueden obtener de viejas computadoras o electrónicos a diferencia del láser, tomando en cuenta que piensas usar un láser de al menos 1.5w o hasta de 3.5w, si usas un láser de alguna quemadora DVD o Blu-ray podría ser un proyecto educativo en el que se aprende bastante, pero estos diodos no son recomendables para gravados CNC, es extremadamente lento y aun con disipador se acorta la vida ya que no están hechos para eso, repito es muy educativo, así que háganlo, pero también ahorren para comprar uno mas potente con lentes de cristal.

También existen diodos láser mas potentes como de 3.5w-6w, el costo de estos tienen resulta ser alto y es mucho mejor opción optar por hacer una cortadora láser Co2.

To get started we need some aluminum heatsinks, you can get it from old computers, any audio equipment or power supplys always contain nice and bigger heatsinks, some of them can be fancy and complex and others just are like big solid pieces of aluminium.

Para comenzar debemos buscar disipadores de computadoras o equipos de sonido, en toda la electrónica de potencia siempre se pueden conseguir muchos disipadores, traten de conseguir la mayor cantidad, los disipadores siempre sirven para cualquier tipo de proyectos y en la mayoría de los casos se pueden conseguir gratis de la basura o chatarra electrónica.

This project can be made with hand tools or non power tools, if you're in kind of a rush maybe you might think using hand saw and cordless drill it will be the best option but that will just end with bad looking cuts, broken drill bits and tap bits. If you don't have power tools just go to check if some friend or family has it, or maybe these tools are available in your local maker space.

Tools:

• Miter Saw with 90, 96 or 100 tooth circular saw blades for a clean cut (not necessary).
• Fretsaw.
• Drill (cordless may work but is not recommended) try to use a drill press with at least 1/2" chuck.
• Needle file or lime and big flat face lime.
• Shrinkable tube for wire isolation
• Solder Iron
• Two color wire, any color is fine just not use the same (it will be used for the Laser)
• Drill bits:
• 3/32" to use with a M3 tap bit.
• 7/64" if you decide to use 1/8" screws.
• 1/8" for the screw holes.
• 15/64" or 1/4" for the screw heads if you want to hide the screws into the surface.
• 3/8" to center the hole in some case yours maybe other size.
• 15/32" or 12mm for the eBay laser.
• Tapping bit for 1/8" or M3 screw.

Laser:

In this instrutable the laser used was:

• 1.5W Copper 445nm A-Type M140 Blue Laser Module W/X-Drive & Glass Lens ( ebay item 171710835898 )
• 2W Copper 445nm M140 Blue Laser Module W/Super X-Drive & 405-G-2 Glass Lens (ebay item 172055829667 )

Online store:

https://sites.google.com/site/dtrlpf/home/diodes/...

Always wear safety goggles

Laser Safety glasses goggles 405nm-540nm +OD5

ALWAYS!

Herramientas necesarias

Puedes hacerlo con herramientas manuales o herramientas eléctricas para ahorrar tiempo o si necesitas un buen acabado estético, si realmente te importa el acabado ve con algún familiar o conocido que tenga las herramientas sugeridas.

Las herramientas a usar son:

• Arco segueta bimetalica o arco calador para joyero. (De preferencia Sierra de inglete con disco de corte para aluminio 96-100 dientes).
• Taladro, cualquiera puede servir pero para los mejores resultados. (Traten de usar uno de banco o pedestal como mínimo con un broquero de 1/2").
• Limas para metal, alguna pequeña para joyero y otra grande plana.
• Cautin
• Termofit
• Brocas:
• 3/32" para los huecos que se van a machuelar para tornillos M3.
• 7/64" si decides machuelar para tornillos de 1/8".
• 1/8" o 3mm .
• 15/64" o 1/4" para el avellanado de los agujeros de los tornillos , solo si deseas que los tornillos queden al ras del material.
• 3/8" para crear una guía en el disipador en tu caso podría ser de otro tamaño.
• 15/32" o 12mm para montar el láser de eBay.
• -Machuelo de 1/8" o 3mm , asegúrense de que tenga el mismo número de pasos que su tornillo (cuerda fina o estándar)

Recuerden comprar y usar lentes de protección para láser de densidad optica +5 ó OD5 para filtrar la mayor parte de la luz del láser de ancho de espectro de 405 nanometros (violeta) y 445 nanometros (láser azul)

This is very simple, please do not attempt to use your heat sink like the pictures above, please just don't do it. If you like to make things that are easy and sometimes in the lazy way I'm warning you this instructable is not recommended for you.

Mexicano y/o latinoamericano a veces nos congratulamos de nuestra inventiva o ingenio de hacer mucho con poco, pero no significa que siempre tengamos que trabajar a la carrera con resultados de mal aspecto y a veces apenas funcionales pero nada prácticos, no soy nadie para cuestionar la inventiva ,siempre se debe perseguir mejores resultados cada vez que se construye algo, ya que de nada sirve quedarse estancado y limitado en lo que hacemos culpando la situación y por que no tenemos las herramientas necesarias, tener herramientas de marca o de vanguardia no aseguran óptimos resultados, si estas no se saben usar correctamente puede resultar en un mal producto. Se trata de usar lo que se tiene a la mano pero de manera correcta y hasta en cierto punto de manera artesanal, no por la manera en que se haga si no por la destreza y maestría de un artesano al dominar una técnica de trabajo.

Hay gente que si lo hace y trabaja bien, pero todo esto para decirte que si no te gusta repetir procesos o etapas y hacerlas con calma en la construcción de este proyecto, esta guía no es para ti. Te recomiendo que puedes hacer tu enfriador del láser como el de la foto y estas listo para ver con suerte cuanto tiempo te dura funcionando.

There are different types of heatsink with various shapes, just pick one with enough space to hold the copper laser body inside the aluminium heatsink, one with at least the half of the size of the copper laser housing.

These pictures are not mine, I used just to get the idea about how could your heat sink be used, if you have a small heatsink you can add a little plate to increase the contact area and maybe add a small fan, if you only have a big heatsink you can skip the fan issue and use it as passive cooler.

If you have a Intel heat sink skip to step 6, in step 15 I attached a pdf with a suggested design for intel heat sink.

Hay diferentes tipos de disipadores, de todos los que tengan a la mano escojan uno que tenga suficiente espacio en el cuerpo de aluminio para que por lo menos entre la mitad de la base de cobre del modulo láser.
Si encuentran uno que tenga el espacio en aluminio para que la pieza de cobre entre por completo, no duden en usarlo, ya que este le ahorrará mucho tiempo y trabajo.

En las imágenes se pueden apreciar como seran empleados los disipadores, esas fotos no son mias, son de la web pero ilustran bien la idea de lo que se quiere hacer para que tomen en cuenta el tamaño a usar para el laser de ustedes en base a la potencia y el tiempo de trabajo estimado que tendra su láser.

Si tienes un disipador para intel salta al paso 6 y al final en el paso 15 esta adjunto un PDF de un diseño sugerido para disipadores intel.

In my case, I had to make a set of pairs of coolers, one for a 1.5w laser and the second one for a 2w laser,both are M-type M150 445nm laser diode. You can buy it on eBay .
So I decided to cut the heatsink showed in the picture in 2 parts. You can use a heatsink big enough to work as a passive cooler without the need of a DC fan, it's OK, it should be work and skip this step. Do the cuts with hand saw or miter saw

Tenemos que cortar los disipadores, en mi caso corte uno a la mitad, ya que necesitaba 2 bloques para 2 láser que se compraron. Si encontraron un disipador grande, como el de algún procesador de computadora actual pueden usarlo en una sola pieza para qué este trabaje como enfriador pasivo por el tamaño que tiene.
Si van a cortar usen una sierra de inglete de preferencia, también pueden usar una segueta de joyero o normal.

If you are lucky enough to find a big heatsink then you can skip this one and go the next step, otherwise you need to add a plate to increase the thermal contact area. Just try to do as showed, drill some holes then make tapping job and screw the bolts.

Con un poco de suerte puede que encuentres un disipador con el tamaño ideal u optimo para tu proyecto, de lo contrario necesitas aumentar el área de contacto para mejorar la disipación de calor.

Usa una placa de aluminio del grosor que tengas disponible y perforarlo idénticamente para que puedas atornillar, obviamente para poder hacer esto tendrás que machuelar o crear la rosca, es decir crear la cuerda para los tornillos.

We need to calculate and mark the center of the block to drill a big hole for the laser but this needs to be done with different drill bits. Once you got the center point mark it's time to proceed to drill with a 1/8" drill bit, but first check that you can drill the hole in one time with the plate already fixed and check that the bolts are tight.

Tenemos que encontrar el centro de nuestro bloque de aluminio para poder hacer el hueco donde estará el modulo del láser, una vez marcado perfore con una broca pequeña como la de 1/8", si están usando una placa o placas extras como en la foto, revisen que estén bien apretados los tornillos ya que todo el perforado se tiene que hacer en una sola vez.

It is time to drill with different drill bit sizes until reach the 15/32" or 12mm hole size of your Laser diode. Use some oil like WD40 to make the drill job a lot easier.

Una vez que tengan la guía del hueco hecha con la broca de 1/8" prosigan con las que tengan para ir abriendo camino hasta llegar con la broca de 15/32" o si tienen una de 12mm, estas medidas son las ideales para que el cuerpo del láser de ebay entre perfectamente en el aluminio y no quede flojo o suelto, es muy importante que el hueco no sea mas grande que el láser a usar, si esto sucede usen una pieza nueva de disipador ya que al quedar flojo el láser dentro del cuerpo de aluminio se pierde todo el contacto y la transmisión térmica de temperatura

Pick a place to drill with a smaller drill bit than the screw size:

• 3/32" to tap holes for M3 screws.
• 7/64" if you decide to use 1/8" screws.

Then just tap threads and clean the area with a lime or sand paper.

Elijan un lugar para perforar con una broca mas pequeña que el tornillo que usen, por ejemplo:

• Broca de 3/32" para después hacer la cuerda de tornillos M3
• Broca de 7/64" para hacer lo mismo con tornillos de 1/8"

Al final de este paso hay que limpiar el área con una lima o lija fina de agua.

This step is not necessary at all but it gives a better aspect, masure the screw head diameter and just drill enough to hide the head into the heat sink body, now measure the total length and cut to size the screw. Don't forget to clean the cuts of the screws with sand paper or a lime to avoid any damage to the heatsink.

Este paso no es realmente necesario pero la da un mejor acabado al disipador. Mide el largo del área donde van a estar los tornillos al igual que el diámetro que tenga la cabeza de los mismos, seguido perfora los huecos con una broca igual o mayor al diámetro de los tornillos, para finalizar corta los tornillos a medida, lima las rebabas o escoria del corte para evitar lastimar la rosca creada en el disipador y atornilla.

If you're worried like me about the heat increase in the laser driver you may want to try this. Disassemble the laser module so you can later extend the connectors with wires and place the driver on a better cooled place.

Be careful with the solder iron when you desolder the laser and remember the polarity, this part its very important don't desolder the laser without any reference or label otherwise sometimes its hard to find the polarity, if you invert the polarity then you will get a burned laser diode on your first laser test.

Si tienes un modulo o kit láser como este y el disipador a usar es similar al que aparece en las imágenes es muy recomendable que hagas lo siguiente:

-Mide el área que se atornilla en la base, luego corta con cuidado la parte de aluminio y lija para que se pueda atornillar de vuelta, al volver a unir esa pieza agrega pasta térmica para mejorar la transmisión de calor.

-Desoldar el diodo láser del driver para poder colocarlo en otro lugar mejor ventilado o adaptarle algún disipador similar.

Es muy importante que no pierdan de vista la polaridad del diodo láser, marquen o ponga alguna seña, si no hacen esto podrían quemar su láser al invertir la polaridad en la primer prueba.

This step is not necessary, if you don't have the proper tools like a vise or a milling machine just skip to the next step.

With a carbide cutter and oil cut like 3mm or more only the necessary room for the wiring that will pass through the heat sink.

Este paso no es tan necesario, si tu disipador es similar y soló si tienes las herramientas apropiadas como tornillo de banco, fresadora o un taladro de mesa/piso.

Con una fresa de carburo y algún lubricante hagan las pasadas necesarias para poder crear espacio suficiente para que pueda pasar el cableado que va del diodo láser hacia el driver, este paso es meramente estético y útil para que el disipador no tenga cables completamente expuestos.

Make sure all parts involved with this stage of the project are carefully cleaned before you apply the thermal grease.

It's normal and a good sign if the laser housing get bit stuck in the hole, apply some gentle push to install, then just screw back in place, this time try to screw until it gets tight.

Asegúrate de que los huecos y superficies estén muy limpias antes de agregar la pasta térmica. Es normal que se atore o trabe un poco el modulo láser, de hecho es una buena señal ya que demuestra que la pieza queda a presión. Atornille la placa y esta vez deje los pernos o tornillos apretados.

This is an easy step, Bend over one thin piece of metal and drill through the plate, remember to put the IC face down over the heatsink, then tap threads and screw, the face of the IC should be facing down over the heatsink surface to prevent overheat problems and increase the duty cycle, it may reach several minutes working without any problem (40mins tested).

Esta parte es sencilla, tome alguna lamina de acero o aluminio y dele la forma necesaria para después perforar y hacer la rosca en el disipador de calor. Ponga un poco de pasta térmica sobre la cara del circuito integrado del driver y atornille, esto le permitirá aumentar el ciclo de trabajo del driver, eso quiere decir que podrá funcionar mas tiempo sin presentar algún problema de sobrecalentamiento.

Check your wiring, make sure that everything looks fine, if you want you can clean and polish at this point or maybe not :P.

If your heatsink is bigger than mine your work is done. Skip the next step and jump to the bracket mount step.

If you have a Intel Heat Sink check the PDF.

Hasta este punto podría decirse que ya estamos por terminar, revisen el cableado o cualquier otro detalle, podrían aprovechar para limpiar o pulir el aluminio.

Sí su disipador de calor es mucho mas grande que el que se uso en las fotos pueden saltar el siguiente paso, avancen hasta el paso de como hacer una base para poder montar el disipador en alguna maquina o simplemente hacerle una base.

Si tienes un disipador Intel mira el archivo PDF son los mismo pasos que se usaron en la guia pero para tu diseño de disipador.

The fan shown above has modified, it was extracted from an old laptop, the ring was made with plastic to redirect the airflow through the center like a normal exhaust fan instead the original design. Of course you can pick a smaller fan like those came in the 3D printers.

You can use screws, double sided tape, epoxy glue, nylon ties to attach the fan in place. In this case I used plastic glued with epoxy and aluminium foil tape to seal those tiny spaces.

Pueden usar ventiladores de portátiles o los extractores normales cuadrados como las de computadoras de escritorio, en este caso se tomo uno de una portátil y se modifico para que trabajara como los extractores normales, se hizo con algunas tiras de plásticos (estireno) pueden usar cualquiera que puedan pegar con adhesivos que tengan al alcance.

También pueden usar tornillos, cinchos de nylon, cinta de doble cara, pegamentos epoxicos o a base de cianocrilato, cualquier tipo de cinta adhesiva. Al final se uso cinta de aluminio para ductos de ventilación para sellar espacios y aparte que brinda un buen aspecto.

I builded a medium or small size CNC for this laser kit, You can create a bracket or mounting plate using the same method previously showed that consist in drill-tap-screw pieces together, this time maybe you can use rivets instead of screws. In this step you're gonna need to use a bit of imagination to figure out how to mount your heatsink on your machine, I hope these few pictures can help you to do that.

En este caso se hizo una maquina pequeña CNC para hacer grabados, pero seguramente el disipador de calor que usaron no es similar al mio, así que usando la misma temática usada en los pasos anteriores podrán lograr montar el laser a su equipo o base, la temática consiste en taladrar- machuelar-atornillar diferentes piezas para unirlas. Se puede cambiar esta temática usando remaches en vez de tornillos, eso lo dejo a su criterio, no voy a explicar mucho esta etapa puesto que como se menciono antes su diseño debe ser diferente al mio, usando la imaginación e inventiva seguramente lograran adaptar el disipador a su equipo cnc o impresora 3D.

In my case this is how the module was installed. The cnc was made with OpenBuilds parts and the X axis plate has the same width of the full laser module. If you want to replicate that machine or build one similar send me a PM to send the 3D files in SW.

En mi caso este es la manera en que se logró colocar el modulo completo del láser, el equipo se hizo con piezas de OpenBuilds México, si deseas crear uno similar o igual manden un mensaje o comentario para compartir los archivos en 3D del diseño.

Other example of how the module was installed on a 3D Printer. The 3D printer was made with OpenBuilds parts. If you want to replicate that machine or build one similar send me a PM to send the 3D files in SW.

Este es otro ejemplo de como se logró colocar el modulo completo del láser en una impresora 3D, el equipo se hizo con piezas de OpenBuilds México y obviamente se tomo en cuenta el diseño del modulo laser antes de la construcción de la impresora 3D, si deseas crear uno similar o igual manden un mensaje o comentario para compartir los archivos en 3D del diseño.

First run of the Cnc and the laser, sorry for the noise made by my dogs at the middle of the video :P

In that time I used to generate the g-code in Inkscape with the J Tech photonics plugin for inkscape, it works, it really does but in some cases when I ran the code in a marlin based 3d printer some unexpected lines result in the laser engrave and those lines ain't appear in the repetier host preview.

Try Inkscape :

https://inkscape.org/en/

Try the plugin:

https://jtechphotonics.com/?page_id=2012

Esta es la primera vez que trabaja el láser instalado en el CNC, en ese entonces los códigos G los generaba con un plugin para Inkscape de J tech photonics, el plugin funciona bien con imágenes pequeñas o medianas.

En los enlaces de arriba pueden descargar el programa gratuito y el plugin.

This video is a quite long, is just to show feed rates, you don't really need to see the full video.

El vídeo muestra un grabado completo, no es necesario que lo vean completo, lo pueden adelantar, les puede servir la referencia de feed rate o velocidad de avance que esta expresado en mm/min.

Now I'm using a CAM and all works better and faster, I recomend ESTLCam, it is full compatible with svg and dxf files.

With this heatsink the laser reaches a longer periods than the recomended by the seller without any problem or falliure), It has been tested on a 40min burning period and the heatsink gets only warm like (38°C - 100°F)

Cam:

http://www.estlcam.com/

En la actualidad la maquina ha logrado trabajar exitosa mente códigos G de 30-40 minutos, dichos códigos han sido creados con un cam no gratuito, el ESTLCam v9 trabaja muy bien con los formatos SVG y DXF, El modulo láser mantiene una temperatura bastante baja para los periodos de trabajo mencionados, en 30 min el modulo permanece apenas tibio y sin ningún problema en la salida o estabilidad del láser.

Sorry is a short video but it shows a work of 35 min g-code on his 80% progress.

You really can make money with this type of machine, all depends of your skills with the CAD - CAM because in some places engrave things with this type of laser is cheaper than a Co2 machine, or can be a way less expensive than a CO2 tube replacement. So if you own a Co2 laser cutter you can still use your Co2 machine and use this one for other jobs like wood marking, so you can last longer your co2 tube.

Si lograste crear o adaptar este láser a un equipo cnc o impresora 3d, tienes una buena alternativa para poder hacer grabados en madera, piel, cartón, etc, una opción mucho mas económica que hacer una maquina de láser Co2, o si ya cuentas con un equipo de láser Co2 puedes usar este tipo de láser para grabados sobre los materiales ya comentados y alargar la vida útil de tu tubo láser Co2, que relativamente es mas barato.

Un tubo co2 de 80w-100w va de los $400-$700 USD, un diodo láser solo $40-80 USD.

Sometimes you will get some strange lines on your final work, those lines don't apear in the g-code visualizer but they are in the real world.

If you are getting vertical lines then there is a problem with the output file.

In large imported images, sometimes the output file will miss a “space” between the Y coordinate and the Feedrate command. This will cause the G Code parser to ignore the line and assume you meant “0”, which sends the laser to the bottom of the engraving.

To fix this:

• Open the file in a text editor (like notepad for example). Then, use the find and replace function. Let’s say you put the laser on feedrate as 500. Then, find all instances of “F 500″ and replace it with ” F500″. Note the space before the “F”. Do this for the laser off feedrate as well. Save your file and it should fix the problem.

I hope you like it, please let me know if there is any error to make the corrections in the english part. Any feedback is welcome to make this instructable easy to follow and understand because english is not my natal language.

Algún error o sugerencias son bienvenidas para mantener esta guía fácil de entender y mas importante aun, compartan su trabajo y aportes en su comunidad local.

With a 2.5w diode you can definitely burn matte black paint of a coper board and get a good looking pcb results. Just focus a tiny laser dot like 0.2mm, I get a 0.25mm and use that diameter in your tool setup of your CAM with a 70-100mm/min Feed Rate, when is done just use a sponge for the etching. Just remeber to apply a very tin layer of spay paint (Matte Black Paint)

Con un diodo laser de 2w a 2.5w definitivamente pueden fabricar PCB's, solo basta pintar con negro mate una placa fenolica y quemar con el láser los trazos para después meter en ácido. Usen pintura en aerosol negro mate, una capa basta, si aplican de mas le puede costar al láser quitar la pintura, enfoquen su laser con el punto mas fino, yo consegui enfocar un punto de 0.25mm de diametro, en su software cam configuren la velocidad de avance del trabajo en 70-100mm/min (feedrate) y con una sola pasada su placa estara lista para el baño de acido, si usan una esponja para ir limpiando y acelerando el proceso obtendran muy buenos resultados como los de las fotos. Para la gente de México usen negro mate COMEX, otras marcas o pinturas económicas no funcionan tan bien.