Diamant trifft auf Laser: Die Bearbeitungseffekte verschiedener Lasertypen enthüllt

Die Diamantbearbeitung ist schwierig und die Laserbearbeitungstechnologie bietet eine Lösung. Durch den Einsatz der Laserbearbeitungstechnologie bei der Diamantbearbeitung kann eine effiziente und hochpräzise Bearbeitung von Diamanten erreicht werden. Werfen wir heute einen Blick auf die großen Unterschiede in den Bearbeitungseffekten, die durch die Einwirkung verschiedener Laserstrahlarten auf die Diamantoberfläche erzielt werden.

 

Mikrosekundenlaser: große Pulsbreite, geeignet für grobe Bearbeitung

Merkmale und Anwendungen: Die Mikrosekunden-Laserimpulsbreite ist breit und eignet sich normalerweise für die grobe Bearbeitung. Beispielsweise verwendete die Forschungsgruppe des Autors eine Nd:YAG-Mikrosekunden-Präzisionslaserschneidemaschine mit einer Wellenlänge von 1064 nm, um die Bearbeitung der Diamant-Kühlkörperstruktur abzuschließen.

 

Verarbeitungseffekt und Auswirkungen: Die Verarbeitung geht mit einer starken thermischen Schädigung einher. Die Spitzenleistung des Langpuls-Mikrosekundenlasers beträgt mehrere Kilowatt und die Pulsdauer ist lang, was zu einer tiefen Wärmeeinflusszone führt. Bei der Bearbeitung von Diamant kann die Wärmeeinflusszone beispielsweise 6,8 μm erreichen.

 

Nanosekundenlaser: nimmt einen großen Marktanteil ein und die Verarbeitung ist thermisch zerstörend

Vorteile und Marktbedingungen: Nanosekundenlaser zeichnen sich durch gute Stabilität, niedrige Kosten und kurze Bearbeitungszeit aus. Es wird häufig in der Unternehmensproduktion eingesetzt und nimmt derzeit einen großen Marktanteil ein.

 

Thermischer Einfluss und damit verbundene Forschung: Der Nanosekunden-Laserablationsprozess ist jedoch thermisch zerstörerisch für die Probe, was sich makroskopisch in einer großen, durch die Bearbeitung erzeugten Wärmeeinflusszone manifestiert.

 

Die Nanjing University of Aeronautics and Astronautics hat ein Finite-Elemente-Simulationsmodell für die dreidimensionale bewegliche Nanosekundenpuls-Gauß-Laserablation von Einkristalldiamanten erstellt und die Wärmeleitung und Temperaturverteilung im Einkristalldiamanten bei unterschiedlichen Scanzeiten ermittelt.

 

Femtosekundenlaser: hohe Bearbeitungsgenauigkeit, aber geringe Effizienz

Hochpräzise Bearbeitungseigenschaften: Die Femtosekunden-Laserbearbeitung verfügt über eine hohe Präzision, kann die Bildung von Wärmeeinflusszonen innerhalb einer sehr kurzen Pulsdauer weitestgehend vermeiden, die Oberflächenstruktur von Diamant mit minimaler thermischer Beschädigung präzise bearbeiten und ist besser geeignet für Feinbearbeitung spezieller Diamantformen. Beispielsweise kann ein Femtosekunden-Pulslaser eine extrem hohe Leistungsdichte bei einer niedrigen Durchschnittsleistung erzeugen, was dazu führt, dass die kovalente CC-Bindung im Diamantgitter aufgelöst wird.

 

Effizienz- und Kostenprobleme: Allerdings ist seine Verarbeitungseffizienz gering, und die hohen Kosten und Wartungskosten des Femtosekundenlasers selbst schränken die Förderung von Verarbeitungsmethoden ein. Derzeit befindet sich der Großteil der Forschung zur Femtosekundenlaserbearbeitung von Diamant noch im Laborstadium. Im Vergleich zu Nanosekundenlasern weist die Femtosekundenlaserbearbeitung eine höhere Oberflächenqualität auf, die Gesamtabtragsrate ist jedoch geringer. Beispielsweise haben Han Yuan et al. berechnet, dass die Ablationsrate von Femtosekundenlasern zwei Größenordnungen niedriger ist als die von Mikrosekundenlasern.

 

Endlich

Verschiedene Lasertypen haben bei der Diamantbearbeitung ihre eigenen Vor- und Nachteile. Forscher forschen ständig daran, der Lasertechnologie eine größere Rolle im Bereich der Diamantbearbeitung zu verleihen und die Entwicklung verwandter Industrien zu fördern.