مضخات صناعية (دايموند)

حلول ليزر DPSS من مصنعي المعدات الأصلية في قطع الأحجار الكريمة

هل يمكن قطع الماس بالليزر؟

نعم، يمكن استخدام الليزر لقطع الماس، وقد اكتسبت هذه التقنية شعبية متزايدة في صناعة الماس لعدة أسباب. يوفر القطع بالليزر دقة وكفاءة عاليتين، بالإضافة إلى القدرة على إجراء عمليات قطع معقدة يصعب أو يستحيل تحقيقها باستخدام طرق القطع الميكانيكية التقليدية.

ما هي الطريقة التقليدية لقطع الألماس؟

التخطيط ووضع العلامات

يفحص الخبراء الألماس الخام لتحديد شكله وحجمه، ويضعون علامات عليه لتوجيه عمليات القطع التي تزيد من قيمته وجماله. تتضمن هذه الخطوة تقييم الخصائص الطبيعية للألماس لتحديد أفضل طريقة لقطعه بأقل قدر من الهدر.

الحجب

تُضاف الأوجه الأولية إلى الألماس، مما يُنشئ الشكل الأساسي للقطع الدائري اللامع الشهير أو أشكال أخرى. تتضمن عملية التشكيل قطع الأوجه الرئيسية للألماس، مما يمهد الطريق لمزيد من التفاصيل في عملية التشكيل.

التقطيع أو النشر

يتم شطر الماس إما على طول أليافه الطبيعية باستخدام ضربة حادة أو يتم نشره بشفرة ذات طرف ماسي.يستخدم التقطيع للأحجار الكبيرة لتقسيمها إلى قطع أصغر وأسهل في التعامل، بينما يسمح النشر بإجراء قطع أكثر دقة.

التقطيع إلى أوجه

تُقطع أوجه إضافية بعناية وتُضاف إلى الألماس لزيادة بريقه وتألقه إلى أقصى حد. تتضمن هذه الخطوة قطع وتلميع أوجه الألماس بدقة لتحسين خصائصه البصرية.

الكدمات أو التضييق

يتم وضع ماسين متقابلين لصقل حوافهما، مما يؤدي إلى تشكيل الماسة إلى شكل دائري. هذه العملية تعطي الماسة شكلها الأساسي، وهو عادةً شكل دائري، عن طريق تدوير ماسة واحدة مقابل أخرى في مخرطة.

التلميع والفحص

يُصقل الألماس حتى يصبح شديد اللمعان، ويتم فحص كل وجه من أوجهه للتأكد من مطابقته لمعايير الجودة الصارمة. تُبرز عملية الصقل النهائية بريق الألماس، ويتم فحص الحجر بدقة للتأكد من خلوه من أي عيوب أو شوائب قبل اعتباره جاهزًا.

تحديات في قطع ونشر الماس

يُشكّل الماس، بصلابته وهشاشته واستقراره الكيميائي، تحديات كبيرة لعمليات القطع. فالطرق التقليدية، بما فيها القطع الكيميائي والتلميع الفيزيائي، غالباً ما تُؤدي إلى ارتفاع تكاليف العمالة ونسب الخطأ، إلى جانب مشاكل مثل التشققات والرقائق وتآكل الأدوات. ونظراً للحاجة إلى دقة قطع تصل إلى مستوى الميكرون، فإن هذه الطرق غير كافية.

تُعدّ تقنية القطع بالليزر بديلاً متفوقاً، إذ توفر قطعاً عالي السرعة والجودة للمواد الصلبة والهشة كالألماس. تُقلل هذه التقنية من التأثير الحراري، مما يُقلل من خطر التلف والعيوب كالتشققات والتكسر، ويُحسّن كفاءة المعالجة. كما تتميز بسرعات أعلى، وتكاليف معدات أقل، وأخطاء أقل مقارنةً بالطرق اليدوية. يُعدّ الليزر حلاً رئيسياً في قطع الألماس.ليزر DPSS (الحالة الصلبة المضخّمة بالديود) Nd:YAG (غارنيت الألومنيوم الإيتريوم المطعّم بالنيوديميوم)، والذي ينبعث منه ضوء أخضر بطول موجي 532 نانومتر، مما يعزز دقة وجودة القطع.

أربع مزايا رئيسية لقطع الماس بالليزر

01 دقة لا مثيل لها

تتيح تقنية القطع بالليزر إجراء عمليات قطع دقيقة ومعقدة للغاية، مما يُمكّن من إنشاء تصميمات معقدة بدقة عالية وبأقل قدر من الهدر.

02 الكفاءة والسرعة

تتميز هذه العملية بأنها أسرع وأكثر كفاءة، مما يقلل بشكل كبير من أوقات الإنتاج ويزيد من الإنتاجية لمصنعي الماس.

03 تنوع في التصميم

توفر أشعة الليزر المرونة اللازمة لإنتاج مجموعة واسعة من الأشكال والتصاميم، مما يسمح بإجراء عمليات قطع معقدة ودقيقة لا تستطيع الطرق التقليدية تحقيقها.

04 تعزيز السلامة والجودة

مع القطع بالليزر، يقل خطر تلف الماس ويقل احتمال إصابة المشغل، مما يضمن قطعًا عالية الجودة وظروف عمل أكثر أمانًا.

تطبيق ليزر DPSS Nd:YAG في قطع الماس

يعمل ليزر DPSS (الحالة الصلبة المضخّمة بالديود) Nd:YAG (النيوديميوم المطعّم باليتريوم والألومنيوم والجارنيت) الذي ينتج ضوءًا أخضر مضاعف التردد بطول موجي 532 نانومتر من خلال عملية متطورة تتضمن العديد من المكونات الرئيسية والمبادئ الفيزيائية.

* تم إنشاء هذه الصورة بواسطةكيمورايوهو مرخص بموجب رخصة جنو للوثائق الحرة. هذا الملف مرخص بموجبرخصة المشاع الإبداعي نسب المصنف 3.0 غير المعدلةرخصة.

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Powerlite_NdYAG.jpg

ليزر Nd:YAG مع غطاء مفتوح يُظهر ضوءًا أخضر بتردد مضاعف يبلغ 532 نانومتر

مبدأ عمل ليزر الحالة الصلبة المضخّة ضوئياً

1. ضخ الصمام الثنائي:

تبدأ العملية باستخدام صمام ليزري ثنائي يُصدر ضوءًا تحت أحمر. يُستخدم هذا الضوء لتحفيز بلورة Nd:YAG، أي أنه يُثير أيونات النيوديميوم المُدمجة في الشبكة البلورية لغارنيت الألومنيوم والإتريوم. يُضبط الصمام الليزري الثنائي على طول موجي يُطابق طيف امتصاص أيونات النيوديميوم، مما يضمن نقلًا فعالًا للطاقة.

2. بلورة Nd:YAG:

تُعدّ بلورة Nd:YAG الوسط الفعال للتضخيم. فعندما تُثار أيونات النيوديميوم بواسطة ضوء الضخ، فإنها تمتص الطاقة وتنتقل إلى مستوى طاقة أعلى. وبعد فترة وجيزة، تعود هذه الأيونات إلى مستوى طاقة أدنى، مطلقةً طاقتها المخزنة على شكل فوتونات. تُسمى هذه العملية بالانبعاث التلقائي.

3. انعكاس التركيبة السكانية والانبعاث المحفز:

لكي يحدث تأثير الليزر، يجب تحقيق انعكاس في توزيع الشحنات، حيث يكون عدد الأيونات في الحالة المثارة أكبر من عددها في الحالة ذات الطاقة الأقل. وعندما ترتد الفوتونات ذهابًا وإيابًا بين مرايا تجويف الليزر، فإنها تحفز أيونات النيوديميوم المثارة على إطلاق المزيد من الفوتونات من نفس الطور والاتجاه والطول الموجي. تُعرف هذه العملية بالانبعاث المحفز، وهي تُضخّم شدة الضوء داخل البلورة.

4. تجويف الليزر:

يتكون تجويف الليزر عادةً من مرآتين على طرفي بلورة Nd:YAG. إحدى المرآتين عاكسة للغاية، والأخرى عاكسة جزئيًا، مما يسمح لبعض الضوء بالخروج كخرج ليزري. يتردد التجويف مع الضوء، مُضخِّمًا إياه عبر دورات متكررة من الانبعاث المحفز.

5. مضاعفة التردد (توليد التوافقي الثاني):

لتحويل الضوء ذي التردد الأساسي (عادةً 1064 نانومتر، المنبعث من ليزر Nd:YAG) إلى ضوء أخضر (532 نانومتر)، تُوضع بلورة مضاعفة التردد (مثل KTP - فوسفات تيتانيل البوتاسيوم) في مسار الليزر. تتميز هذه البلورة بخاصية بصرية غير خطية تسمح لها بامتصاص فوتونين من ضوء الأشعة تحت الحمراء الأصلي ودمجهما في فوتون واحد ذي طاقة مضاعفة، وبالتالي طول موجي نصف طول موجة الضوء الأصلي. تُعرف هذه العملية بتوليد التوافقي الثاني (SHG).

مضاعفة تردد الليزر وتوليد التوافقي الثاني.png

6. إخراج الضوء الأخضر:

ينتج عن مضاعفة التردد هذه انبعاث ضوء أخضر ساطع عند 532 نانومتر. ويمكن استخدام هذا الضوء الأخضر في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك مؤشرات الليزر، وعروض الليزر، وتحفيز التألق في المجهر، والإجراءات الطبية.

تتميز هذه العملية برمتها بكفاءة عالية، وتتيح إنتاج ضوء أخضر متماسك وعالي الطاقة في تصميم صغير الحجم وموثوق. يكمن سر نجاح ليزر الحالة الصلبة المضخّم ضوئيًا (DPSS) في الجمع بين وسائط التضخيم الصلبة (بلورة Nd:YAG)، وضخ ثنائي فعال، ومضاعفة تردد فعالة لتحقيق الطول الموجي المطلوب للضوء.