Il diamante incontra il laser: rivelati gli effetti di lavorazione di diversi tipi di laser

La lavorazione dei diamanti è difficile e la tecnologia di lavorazione laser fornisce una soluzione. L'applicazione della tecnologia di lavorazione laser alla lavorazione del diamante può ottenere una lavorazione efficiente e di alta precisione del diamante. Oggi diamo un'occhiata alle enormi differenze negli effetti di lavorazione ottenuti dai diversi tipi di raggi laser che agiscono sulla superficie del diamante.

 

Laser a microsecondi: ampia larghezza di impulso, adatto per lavorazioni grossolane

Caratteristiche e applicazioni: l'ampiezza dell'impulso laser al microsecondo è ampia, solitamente adatta per lavorazioni approssimative. Ad esempio, il gruppo di ricerca dell'autore ha utilizzato una macchina da taglio laser di precisione al microsecondo Nd:YAG con una lunghezza d'onda di 1064 nm per completare la lavorazione della struttura del dissipatore di calore del diamante.

 

Effetto e impatto della lavorazione: la sua lavorazione è accompagnata da forti danni termici. La potenza di picco del laser a microsecondi a impulso lungo è di diversi kilowatt e la durata dell'impulso è lunga, risultando in una zona profondamente influenzata dal calore. Ad esempio, durante la lavorazione del diamante, la zona interessata dal calore può raggiungere i 6,8μm.

 

Laser a nanosecondi: occupa un'ampia quota di mercato e la lavorazione è termicamente distruttiva

Vantaggi e condizioni di mercato: il laser a nanosecondi presenta i vantaggi di buona stabilità, basso costo e tempi di elaborazione brevi. È ampiamente utilizzato nella produzione aziendale e attualmente occupa un'ampia quota di mercato.

 

Influenza termica e ricerca correlata: tuttavia, il processo di ablazione laser di nanosecondi è termicamente distruttivo per il campione, che si manifesta macroscopicamente come un'ampia zona influenzata dal calore prodotta dalla lavorazione.

 

L'Università di Aeronautica e Astronautica di Nanchino ha creato un modello di simulazione agli elementi finiti dell'ablazione laser gaussiana con impulso tridimensionale in movimento di nanosecondi del diamante monocristallo e ha ottenuto la conduzione del calore e la distribuzione della temperatura nel diamante monocristallo in diversi tempi di scansione;

 

Laser a femtosecondi: elevata precisione di lavorazione, ma bassa efficienza

Caratteristiche di lavorazione ad alta precisione: la lavorazione laser a femtosecondi ha un'elevata precisione, può evitare la formazione di zone interessate dal calore nella massima misura entro una durata dell'impulso molto breve, elaborare accuratamente la struttura superficiale del diamante con un danno termico minimo ed è più adatta per lavorazione fine di speciali forme di diamante. Ad esempio, il laser a impulsi a femtosecondi può produrre una densità di potenza estremamente elevata con una potenza media bassa, provocando la dissociazione del legame covalente CC nel reticolo del diamante.

 

Problemi di efficienza e costi: tuttavia, la sua efficienza di lavorazione è bassa e i costi elevati e di manutenzione del laser a femtosecondi stesso limitano la promozione dei metodi di lavorazione. Al momento, la maggior parte della ricerca sulla lavorazione laser a femtosecondi del diamante rimane nella fase di laboratorio. Rispetto ai laser a nanosecondi, la lavorazione laser a femtosecondi presenta una qualità superficiale più elevata, ma la velocità di rimozione complessiva del materiale è inferiore. Ad esempio, Han Yuan et al. calcolato che il tasso di ablazione dei laser a femtosecondi è due ordini di grandezza inferiore a quello dei laser a microsecondi.

 

Finalmente

Diversi tipi di laser presentano vantaggi e svantaggi nella lavorazione dei diamanti. I ricercatori esplorano costantemente e si sforzano di far sì che la tecnologia laser svolga un ruolo maggiore nel campo della lavorazione dei diamanti e promuova lo sviluppo delle industrie correlate.