Το Diamond Meets Laser: Αποκαλύπτονται τα αποτελέσματα επεξεργασίας διαφορετικών τύπων λέιζερ

Η επεξεργασία διαμαντιών είναι δύσκολη και η τεχνολογία επεξεργασίας λέιζερ δίνει μια λύση. Η εφαρμογή της τεχνολογίας επεξεργασίας λέιζερ στην επεξεργασία διαμαντιών μπορεί να επιτύχει αποτελεσματική και υψηλής ακρίβειας επεξεργασία του διαμαντιού. Σήμερα, ας ρίξουμε μια ματιά στις τεράστιες διαφορές στα αποτελέσματα επεξεργασίας που επιτυγχάνονται από διαφορετικούς τύπους δέσμης λέιζερ που δρουν στην επιφάνεια του διαμαντιού.

 

Λέιζερ Microsecond: μεγάλο πλάτος παλμού, κατάλληλο για σκληρή επεξεργασία

Χαρακτηριστικά και εφαρμογές: Το πλάτος του παλμού λέιζερ μικροδευτερόλεπτου είναι μεγάλο, συνήθως κατάλληλο για σκληρή επεξεργασία. Για παράδειγμα, η ερευνητική ομάδα του συγγραφέα χρησιμοποίησε μια μηχανή κοπής λέιζερ ακριβείας Nd:YAG μικροδευτερόλεπτου με μήκος κύματος 1064 nm για να ολοκληρώσει την επεξεργασία της δομής της ψύκτρας με διαμάντια.

 

Επεξεργαστική επίδραση και κρούση: Η επεξεργασία του συνοδεύεται από ισχυρές θερμικές βλάβες. Η μέγιστη ισχύς του λέιζερ μικροδευτερόλεπτου μεγάλου παλμού είναι αρκετά κιλοβάτ και η διάρκεια του παλμού είναι μεγάλη, με αποτέλεσμα μια ζώνη που επηρεάζεται βαθιά από τη θερμότητα. Για παράδειγμα, κατά την επεξεργασία του διαμαντιού, η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα μπορεί να φτάσει τα 6,8 μm.

 

Νανοδευτερόλεπτο λέιζερ: καταλαμβάνει μεγάλο μερίδιο αγοράς και η επεξεργασία είναι θερμικά καταστροφική

Πλεονεκτήματα και συνθήκες αγοράς: Το λέιζερ Nanosecond έχει τα πλεονεκτήματα της καλής σταθερότητας, του χαμηλού κόστους και του μικρού χρόνου επεξεργασίας. Χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή επιχειρήσεων και σήμερα κατέχει μεγάλο μερίδιο αγοράς.

 

Θερμική επίδραση και σχετική έρευνα: Ωστόσο, η διαδικασία αφαίρεσης με λέιζερ νανοδευτερόλεπτο είναι θερμικά καταστροφική για το δείγμα, η οποία εκδηλώνεται μακροσκοπικά ως μια μεγάλη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα που παράγεται από την επεξεργασία.

 

Το Πανεπιστήμιο Αεροναυτικής και Αστροναυτικής του Nanjing έχει δημιουργήσει ένα μοντέλο προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων τρισδιάστατης αφαίρεσης λέιζερ Gaussian με παλμό με παλμό νανοδευτερόλεπτου μονοκρυσταλλικού διαμαντιού και έλαβε την αγωγή θερμότητας και την κατανομή θερμοκρασίας στο μονοκρυσταλλικό διαμάντι υπό διαφορετικούς χρόνους σάρωσης.

 

Λέιζερ Femtosecond: υψηλή ακρίβεια επεξεργασίας, αλλά χαμηλή απόδοση

Χαρακτηριστικά επεξεργασίας υψηλής ακρίβειας: Η επεξεργασία λέιζερ Femtosecond έχει υψηλή ακρίβεια, μπορεί να αποφύγει το σχηματισμό ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα σε πολύ σύντομη διάρκεια παλμού, επεξεργάζεται με ακρίβεια την επιφανειακή δομή του διαμαντιού με ελάχιστη θερμική ζημιά και είναι πιο κατάλληλη για λεπτή επεξεργασία ειδικών σχημάτων διαμαντιών. Για παράδειγμα, το παλμικό λέιζερ femtosecond μπορεί να παράγει εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα ισχύος σε χαμηλή μέση ισχύ, προκαλώντας τη διάσπαση του ομοιοπολικού δεσμού CC στο διαμαντένιο πλέγμα.

 

Ζητήματα απόδοσης και κόστους: Ωστόσο, η αποδοτικότητα επεξεργασίας του είναι χαμηλή και το ακριβό κόστος και το κόστος συντήρησης του ίδιου του λέιζερ femtosecond περιορίζουν την προώθηση των μεθόδων επεξεργασίας. Προς το παρόν, το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας σχετικά με την επεξεργασία με λέιζερ femtosecond διαμαντιών παραμένει σε εργαστηριακό στάδιο. Σε σύγκριση με τα λέιζερ νανοδευτερόλεπτων, η επεξεργασία με λέιζερ femtosecond έχει υψηλότερη ποιότητα επιφάνειας, αλλά ο συνολικός ρυθμός αφαίρεσης υλικού είναι χαμηλότερος. Για παράδειγμα, οι Han Yuan et al. υπολόγισε ότι ο ρυθμός κατάλυσης των λέιζερ femtosecond είναι δύο τάξεις μεγέθους χαμηλότερος από εκείνον των λέιζερ μικροδευτερόλεπτου.

 

Τελικά

Διαφορετικοί τύποι λέιζερ έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα στην επεξεργασία διαμαντιών. Οι ερευνητές διερευνούν συνεχώς, προσπαθώντας να κάνουν την τεχνολογία λέιζερ να διαδραματίσει μεγαλύτερο ρόλο στον τομέα της επεξεργασίας διαμαντιών και να προωθήσει την ανάπτυξη σχετικών βιομηχανιών.