יהלום פוגש לייזר: השפעות העיבוד של סוגי לייזר שונים נחשפו

עיבוד יהלומים קשה, וטכנולוגיית עיבוד בלייזר נותנת פתרון. יישום טכנולוגיית עיבוד לייזר לעיבוד יהלומים יכול להשיג עיבוד יעיל ובדיוק גבוה של יהלום. היום, בואו נסתכל על ההבדלים העצומים בהשפעות העיבוד המושגות על ידי סוגי קרני לייזר שונים הפועלות על פני היהלום.

 

לייזר מיקרו-שניות: רוחב פולסים רחב, מתאים לעיבוד גס

מאפיינים ויישומים: רוחב פולס הלייזר במיקרו-שנייה הוא רחב, מתאים בדרך כלל לעיבוד גס. לדוגמה, קבוצת המחקר של המחבר השתמשה במכונת חיתוך לייזר דיוק מיקרו-שנייה Nd:YAG עם אורך גל של 1064 ננומטר כדי להשלים את העיבוד של מבנה גוף קירור יהלום.

 

אפקט עיבוד והשפעה: העיבוד שלו מלווה בנזק תרמי חזק. שיא ההספק של לייזר מיקרו-שניות ארוך פולסים הוא מספר קילוואט ומשך הפולס ארוך, וכתוצאה מכך אזור מושפע חום עמוק. לדוגמה, בעת עיבוד יהלום, האזור המושפע מחום יכול להגיע ל-6.8 מיקרומטר.

 

לייזר ננו-שניות: תופס נתח שוק גדול, והעיבוד הרסני מבחינה תרמית

יתרונות ותנאי שוק: לייזר ננו-שניות יש את היתרונות של יציבות טובה, עלות נמוכה וזמן עיבוד קצר. הוא נמצא בשימוש נרחב בייצור ארגוני וכיום תופס נתח שוק גדול.

 

השפעה תרמית ומחקרים קשורים: עם זאת, תהליך אבלציה בלייזר של ננו-שנייה הוא הרס תרמית לדגימה, המתבטא באופן מקרוסקופי כאזור גדול מושפע חום שנוצר על ידי העיבוד.

 

אוניברסיטת נאנג'ינג לאווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה הקימה מודל הדמיית אלמנטים סופיים של אבלציית לייזר גאוסית נעה תלת מימדית של ננו-שניות של יהלום גביש יחיד, והשיגה את הולכת החום וחלוקת הטמפרטורה ביהלום הגבישי הבודד בזמני סריקה שונים;

 

לייזר פמט שנייה: דיוק עיבוד גבוה, אך יעילות נמוכה

מאפייני עיבוד ברמת דיוק גבוהה: עיבוד לייזר Femtosecond הוא בעל דיוק גבוה, יכול למנוע היווצרות של אזור מושפע חום במידה רבה תוך משך דופק קצר מאוד, מעבד במדויק את מבנה פני היהלום עם נזק תרמי מינימלי, ומתאים יותר עבור עיבוד עדין של צורות יהלומים מיוחדות. לדוגמה, לייזר דופק פמט-שנייה יכול לייצר צפיפות הספק גבוהה במיוחד בהספק ממוצע נמוך, ולגרום לניתוק הקשר הקוולנטי CC בסריג היהלום.

 

בעיות יעילות ועלות: עם זאת, יעילות העיבוד שלו נמוכה, והעלות היקרה ועלות התחזוקה של הלייזר הפמט-שנייה מגבילות את קידום שיטות העיבוד. כיום, רוב המחקר על עיבוד לייזר פמט שנייה של יהלום נשאר בשלב המעבדה. בהשוואה ללייזרים ננו-שניות, לעיבוד לייזר פמט-שניות איכות פני השטח גבוהה יותר, אך קצב הסרת החומר הכולל נמוך יותר. לדוגמה, Han Yuan et al. חישב שקצב האבלציה של לייזרים פמט-שניות נמוך בשני סדרי גודל מזה של לייזרים של מיקרו-שנייה.

 

לְבָסוֹף

לסוגים שונים של לייזרים יש יתרונות וחסרונות משלהם בעיבוד יהלומים. חוקרים כל הזמן בוחנים, שואפים לגרום לטכנולוגיית הלייזר לשחק תפקיד גדול יותר בתחום עיבוד היהלומים ולקדם את הפיתוח של תעשיות קשורות.