Laser Safety

Wenn wir auswärts Workshops durchführen, haben wir meistens unsere 3D-Drucker mit im Gepäck. Der Lasercutter muss dann leider im FabLab bleiben. Manchmal wäre es aber schon toll, wenn wir einen portablen Cutter mit dabei hätten…

Gestartet ist das Projekt “Mobiler Lasercutter” in der Sparte “Because We Can”. Schon bald zeigte sich aber das Potential, das im Bausatz von Banggood steckt und aus dem Funprojekt wurde Ernst. Bevor der Cutter gefahrlos genutzt werden konnte, musste noch ein wirksamer und zuverlässiger Augenschutz eingebaut werden.

Wenn es nach Banggood geht, reicht die im Bausatz mitgelieferte Brille aus, um die Augen wirksam vor den Laserstrahlen zu schützen. Das mag ja sein. Kommt aber eine weitere Person in den Raum, so sind deren Augen ungeschützt. Also muss ein geschlossenes Gehäuse mit einem Sichtfenster her!

Ein Gehäuse lässt sich recht günstig anfertigen. Teurer wird es, wenn ein Sichtfenster gewünscht ist. Geprüfte und zertifizierte Acrylgläser kosten in den benötigten Dimensionen schnell einmal 300 CHF; also praktisch gleich viel wie der komplette Bausatz von Banggood. Alternativ auf das Fenster verzichten und eine Kamera einbauen? Nein, das kommt nicht in Frage! Also lassen die Filterfunktion von handelsüblichem oranges Plexiglas messen.

Messaufbau
Das Messgerät erzeugt einen Lichtstrahl mit variabler Wellenlänge und ein Detektor misst die Intensität des auftreffenden Lichtes. Platziert man nun Materialien (Filter) zwischen Lichtquelle und Detektor, dann kann gemessen werden, wie viel vom eingestrahlten Licht durchgelassen wird. Da für die Lasersicherheit eine sehr grosse Abschwächung des Lichts nötig ist, stellen wir die Abschwächung als logarithmische Skala dar. Um die Werte zwischen dem logarithmischen Wert Optical Density und Transmission zu berechnen, benutzt man folgende Formeln:

OD = -log10 T oder T = 10-OD

Eine OD 0 entspricht also einer Transmission gleich 1 oder anders gesagt: 100% des Lichtes wird durchgelassen.
Die OD 4.8 entspricht T=0.000016 oder 0.0016%
Die OD 10 entspricht T=10-10 = 0.000 000 000 1 oder 0.000 000 01%

Y-Achse: Optical Density OD | X-Achse: Wellenlänge in nm

Der Detektor des Photospektrometers kann jedoch keinen beliebig schwachen Lichtstrahl messen. Die Grenze des messbaren Bereiches für dieses Gerät liegt bei OD 4.8. Bei den Samples #1 bis #3 liegt die Reststrahlung für bestimmte Wellenlängen auf der Schwelle des messbaren Bereiches. Aus diesem Grund “springt” der Graph zwischen OD 4.8 und 10 hin und her.

Messgerät: Photospektrometer Perkin Elmer Lambda 750
Material: Acrylglas 3mm, #1 bis #3 von Coop Bau und Hobby
Lasermodul: UV-Diode 2.5W, Wellenlänge 400 – 460nm

Wenn wir ein 2.5W UV-Lasermodul verwenden wollen, so muss der Filter eine OD von mindestens 3.4 aufweisen (siehe auch https://www.lia.org/evaluator/od.php).

Fazit
Die Samples #1 bis #3 weisen im Wellenlängenbereich des Lasers eine höhere OD als 4 auf. Sie erfüllen damit ihre Funktion vollumfänglich und sind als Sicherheitsglas tauglich.

Wer eine ähnliche Anwendung plant und dabei auf Nummer sicher gehen will, lässt das Acrylglas prüfen. Denn die Verkaufsstellen geben verständlicherweise keine Garantien auf die Materialeigenschaften.

Vielen Dank an Sara Peeters für die Messreihe! 🙂

Messewerte und Graph als PDF herunterladen