Bachelor's Thesis

Design and manufacture of an engraving LED laser

Final Thesis 3.22 MB

Author of thesis: Vít Hejna

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jaromír Dvořák, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jana Dvořáková, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on research in the field of laser technology. It describes the general principle behind the generation of laser radiation and analyzes possible variations of the device’s individual design elements. It also discusses engraving methods. The thesis includes guidelines for laser safety. The next section presents a design proposal for an LED engraving machine. The assembly also includes an extension fixture for the rotary axis. The machine is then assembled. The machine’s functionality is verified through several tests focused on various engraving methods. The results obtained are subsequently evaluated. The total production costs of the machine are analyzed in an economic assessment.

Keywords:

laser classification, LED laser, CNC, engraving, rotary axis, Arduino GRBL, 3D printing PETG

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Bakalář seznámil komisi s obsahem a výsledky své bakalářské práce a zodpověděl otázky vedoucího, oponenta a dalších členů komise: V průběhu obhajoby byly zodpovězeny následující doplňující otázky: 1. Jakým způsobem byly zvoleny osy gravírovacího laseru? zodpovězeno 2. Jaké součásti byly vyrobeny na LED laseru? zodpovězeno 3. Na jaké materiály je možné použít LED laser? zodpovězeno Otázky členů komise byly zodpovězeny.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Sedlák, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Robert Čep, Ph.D., FEng., dr. h. c. (místopředseda)
doc. Ing. Mário Drbúl, PhD (člen)
doc. Ing. Martin Novák, Ph.D. (člen)
Ing. Aleš Jaroš, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Kratochvíl, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Binder, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jaromír Dvořák, Ph.D.

Bakalářská práce je zpracována pečlivě a splňuje všechny body zadání. Student prokázal výbornou orientaci v laserové technice, rozsáhlá rešerše je odborně správná a přehledná. Konstrukční část je zpracována profesionálně, včetně zdůvodnění variant a detailní dokumentace. Velkým přínosem je skutečná výroba funkčního prototypu a provedení testů, které potvrzují jeho použitelnost. Výpočty jsou korektní, montáž i konfigurace zařízení jsou popsány přesně. Práce je stylisticky čistá a logicky uspořádaná. Menší nedostatky spočívají v absenci přesnějších metrologických měření a hlubšího porovnání s komerčními stroji, ale celkově jde o bakalářskou práci s vysokým praktickým přínosem. Student pracoval samostatně a dílčí problémy pravidelně konzultoval. Práci doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením A - výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jana Dvořáková, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá aktuálním tématem využití stolních CNC zařízení v oblasti hobby i malosériové výroby. Návrh a realizace gravírovacího zařízení představují komplexní úlohu kombinující znalosti ze strojírenství, elektrotechniky i základů fyziky laserů.

V úvodní části práce je zpracována obecná rešerše, která obsahuje poměrně rozsáhlý přehled laserových systémů. Samotným diodovým laserům, které jsou pro řešenou problematiku klíčové, je však věnována menší pozornost. Další část rešerše se zabývá pojmy gravírování a značení, fyzikálními jevy probíhajícími při interakci laserového paprsku s materiálem a bezpečnosti práce, včetně klasifikace laserů do tříd 1–4 a odpovídajících ochranných pomůcek.

Praktická část je zpracována na velmi dobré úrovni. Obsahuje návrh dvou konstrukčních variant, přičemž student kriticky zhodnotil nedostatky prvního návrhu (vysoké těžiště a momentové zatížení vedoucí k rozkmitání konstrukce) a ve druhém návrhu tyto nedostatky úspěšně eliminoval. Následuje výběr vhodných komponent a příslušné výpočty. Nad rámec zadání byl rovněž realizován návrh vlastního 3D tištěného rotačního přípravku umožňujícího využití čtvrté osy s nastavitelným sklonem (úhlová stupnice), což svědčí o technické kreativitě a iniciativě autora.

Autor zhotovil funkční prototyp zařízení, provedl základní technologické testy a zpracoval technické i ekonomické zhodnocení.

Práce je přehledná a srozumitelná, její formální i grafická stránka je na velmi dobré úrovni. Určitým nedostatkem jsou drobné gramatické chyby, stylistická opakování a místy nejednotná či nepřesná terminologie (např. použití pojmu „LED laser“, který není z odborného hlediska správný – správně se jedná o laserovou diodu, resp. diodový či polovodičový laser). V ekonomickém zhodnocení jsou dále zahrnuty komponenty (koncové spínače, air assist), které však nejsou ve výsledném zařízení využity. 

Cíle práce byly splněny v plném rozsahu, v některých ohledech (konstrukce rotační čtvrté osy pro gravírování sklenic) dokonce nad rámec minimálních požadavků zadání. Zařízení bylo fyzicky realizováno a jeho funkčnost byla prokázána. Bakalářská práce je zpracována v souladu se zadáním a splňuje veškeré náležitosti dané příslušnými předpisy pro vysokoškolské kvalifikační práce. Především praktická část má velmi dobrou úroveň a vykazuje schopnost autora samostatně řešit technický problém. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. V předložené práci postrádám informaci o nastavení ohniskové vzdálenosti použitého polovodičového laseru. Uveďte prosím, jaká ohnisková vzdálenost byla zvolena a jakým způsobem je řešeno zaostření laserového paprsku při opracování rovinných a rotačních součástí.
  2. V závěru zmiňujete kritické přehřívání driverů DRV8825. Jakým způsobem (pasivně/aktivně) plánujete chlazení vyřešit.
  3. Jaký je charakter vlnových modů u polovodičových laserů a které typy modů se nejčastěji využívají v průmyslové praxi?
  4. V práci na str. 35 uvádíte výpočet potřebného momentu pro jednotlivé osy a na jeho základě volíte vhodný motor. Ve výpočtu však není zřejmé, zda jste zohlednil také hmotnost použitého přípravku. Můžete upřesnit, zda byla tato hmotnost do výpočtu zahrnuta, případně jak by její zanedbání ovlivnilo volbu motoru?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová