Diamond Meets Laser: เผยผลการประมวลผลของเลเซอร์ประเภทต่างๆ

การแปรรูปเพชรเป็นเรื่องยาก และเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ก็ช่วยแก้ปัญหาได้ การใช้เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ในการประมวลผลเพชรสามารถบรรลุการประมวลผลเพชรที่มีประสิทธิภาพและมีความแม่นยำสูง วันนี้ เรามาดูความแตกต่างอย่างมากในเอฟเฟกต์การประมวลผลที่ได้จากลำแสงเลเซอร์ประเภทต่างๆ ที่ทำบนพื้นผิวเพชร

 

เลเซอร์ไมโครวินาที: ความกว้างพัลส์กว้าง เหมาะสำหรับการประมวลผลหยาบ

คุณสมบัติและการใช้งาน: ความกว้างพัลส์เลเซอร์ระดับไมโครวินาทีนั้นกว้าง มักจะเหมาะสำหรับการประมวลผลแบบหยาบ ตัวอย่างเช่น กลุ่มวิจัยของผู้เขียนใช้เครื่องตัดเลเซอร์ความแม่นยำระดับไมโครวินาที Nd:YAG ที่มีความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร เพื่อประมวลผลโครงสร้างแผงระบายความร้อนแบบเพชรให้เสร็จสมบูรณ์

 

ผลการประมวลผลและผลกระทบ: การประมวลผลมาพร้อมกับความเสียหายจากความร้อนที่รุนแรง กำลังสูงสุดของเลเซอร์ไมโครวินาทีพัลส์ยาวคือหลายกิโลวัตต์ และระยะเวลาพัลส์ยาวนาน ส่งผลให้เกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนระดับลึก ตัวอย่างเช่น เมื่อแปรรูปเพชร โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนสามารถสูงถึง6.8μm

 

เลเซอร์นาโนวินาที: ครอบครองส่วนแบ่งการตลาดขนาดใหญ่ และการประมวลผลเป็นแบบทำลายความร้อน

ข้อดีและสภาวะตลาด: เลเซอร์นาโนวินาทีมีข้อดีคือมีเสถียรภาพที่ดี ต้นทุนต่ำ และใช้เวลาดำเนินการสั้น มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตระดับองค์กรและปัจจุบันมีส่วนแบ่งการตลาดขนาดใหญ่

 

อิทธิพลของความร้อนและการวิจัยที่เกี่ยวข้อง: อย่างไรก็ตาม กระบวนการระเหยด้วยเลเซอร์ระดับนาโนวินาทีจะทำลายตัวอย่างด้วยความร้อน ซึ่งแสดงให้เห็นในระดับมหภาคว่าเป็นโซนได้รับผลกระทบจากความร้อนขนาดใหญ่ที่เกิดจากการประมวลผล

 

มหาวิทยาลัยการบินและอวกาศนานกิงได้สร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของการระเหยด้วยเลเซอร์เกาส์เซียนแบบพัลส์นาโนวินาทีที่เคลื่อนไหวสามมิติของเพชรผลึกเดี่ยว และได้รับการนำความร้อนและการกระจายอุณหภูมิในเพชรผลึกเดี่ยวภายใต้ระยะเวลาการสแกนที่แตกต่างกัน

 

เลเซอร์เฟมโตวินาที: ความแม่นยำในการประมวลผลสูง แต่มีประสิทธิภาพต่ำ

ลักษณะการประมวลผลที่มีความแม่นยำสูง: การประมวลผลด้วยเลเซอร์ Femtosecond มีความแม่นยำสูง สามารถหลีกเลี่ยงการก่อตัวของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้ในระดับสูงสุดภายในระยะเวลาพัลส์ที่สั้นมาก ประมวลผลโครงสร้างพื้นผิวของเพชรได้อย่างแม่นยำโดยมีความเสียหายจากความร้อนน้อยที่สุด และเหมาะกว่าสำหรับ การประมวลผลรูปทรงเพชรพิเศษอย่างละเอียด ตัวอย่างเช่น เลเซอร์พัลส์เฟมโตวินาทีสามารถสร้างพลังงานความหนาแน่นสูงมากที่พลังงานเฉลี่ยต่ำ ส่งผลให้พันธะโควาเลนต์ CC ในโครงตาข่ายเพชรแยกตัวออก

 

ปัญหาด้านประสิทธิภาพและต้นทุน: อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพในการประมวลผลต่ำ และต้นทุนและค่าบำรุงรักษาที่แพงของเลเซอร์ femtosecond เองก็จำกัดการส่งเสริมวิธีการประมวลผล ปัจจุบันงานวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวกับการประมวลผลด้วยเลเซอร์ femtosecond ของเพชรยังคงอยู่ในขั้นตอนห้องปฏิบัติการ เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์นาโนวินาที การประมวลผลด้วยเลเซอร์ femtosecond มีคุณภาพพื้นผิวที่สูงกว่า แต่อัตราการกำจัดวัสดุโดยรวมจะต่ำกว่า ตัวอย่างเช่น Han Yuan และคณะ คำนวณว่าอัตราการระเหยของเลเซอร์เฟมโตวินาทีนั้นมีขนาดต่ำกว่าเลเซอร์ไมโครวินาทีถึงสองลำดับ

 

ในที่สุด

เลเซอร์ประเภทต่างๆ มีข้อดีและข้อเสียในการประมวลผลเพชรแตกต่างกัน นักวิจัยกำลังสำรวจอย่างต่อเนื่อง และมุ่งมั่นที่จะทำให้เทคโนโลยีเลเซอร์มีบทบาทมากขึ้นในด้านการแปรรูปเพชร และส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง