الدور المتنامي للمعالجة بالليزر في المعادن والزجاج وما وراءهما

تأثير الطول الموجي على العمليات التكنولوجية لليزر

يؤثر طول موجة الليزر بشكل كبير على العملية، وخاصة بالنسبة لمواد مثل الفولاذ الإنشائي. وقد تم تحليل الليزر الذي ينبعث في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة والبعيدة من حيث كثافة الطاقة الحرجة اللازمة للصهر والتبخير (لازوف، أنجيلوف، وتيرومنيكس، 2019).

تطبيقات متنوعة تعتمد على الأطوال الموجية

إن اختيار طول موجة الليزر ليس عشوائيًا، بل يعتمد بشكل كبير على خصائص المادة والنتيجة المرجوة. على سبيل المثال، تُعدّ ليزرات الأشعة فوق البنفسجية (ذات الأطوال الموجية الأقصر) ممتازةً للنقش الدقيق والتصنيع الميكروي، لقدرتها على إنتاج تفاصيل أدق. وهذا ما يجعلها مثاليةً لصناعات أشباه الموصلات والإلكترونيات الدقيقة. في المقابل، تُعدّ ليزرات الأشعة تحت الحمراء أكثر كفاءةً في معالجة المواد السميكة نظرًا لقدرتها على الاختراق العميق، مما يجعلها مناسبةً للتطبيقات الصناعية الثقيلة. (ماجومدار ومانا، 2013). وبالمثل، تجد ليزرات الليزر الخضراء، التي تعمل عادةً بطول موجة 532 نانومتر، مكانتها في التطبيقات التي تتطلب دقةً عاليةً مع أدنى تأثير حراري. وهي فعّالةٌ بشكلٍ خاص في الإلكترونيات الدقيقة لمهام مثل تصميم الدوائر، وفي التطبيقات الطبية لإجراءات مثل التخثير الضوئي، وفي قطاع الطاقة المتجددة لتصنيع الخلايا الشمسية. كما أن طول موجة الليزرات الخضراء الفريد يجعلها مناسبةً لوضع العلامات والنقش على مواد متنوعة، بما في ذلك البلاستيك والمعادن، حيث يُفضّل الحصول على تباين عالٍ وأقل قدر من تلف السطح. تؤكد هذه القدرة على التكيف التي تتمتع بها أشعة الليزر الخضراء على أهمية اختيار الطول الموجي في تكنولوجيا الليزر، مما يضمن الحصول على أفضل النتائج للمواد والتطبيقات المحددة.

الليزر أخضر بطول موجي 525 نانومتريُعدّ الليزر الأخضر نوعًا خاصًا من تقنيات الليزر، يتميز بانبعاث ضوء أخضر مميز بطول موجي يبلغ 525 نانومترًا. تُستخدم هذه الليزرات الخضراء، عند هذا الطول الموجي، في التخثير الضوئي للشبكية، حيث تُعدّ قدرتها العالية ودقتها ميزةً قيّمة. كما أنها تُعدّ مفيدةً أيضًا في معالجة المواد، لا سيما في المجالات التي تتطلب معالجة دقيقة مع الحد الأدنى من التأثير الحراري..يمثل تطوير ثنائيات الليزر الخضراء على ركيزة GaN ذات المستوى c باتجاه أطوال موجية أطول عند 524-532 نانومتر تقدماً كبيراً في تكنولوجيا الليزر. هذا التطور ضروري للتطبيقات التي تتطلب خصائص طول موجي محددة.

مصادر الليزر ذات الموجة المستمرة ومصادر الليزر ذات النمط المقفل

تُستخدم مصادر الليزر ذات الموجة المستمرة (CW) ومصادر الليزر شبه المستمرة ذات النمط المقفل بأطوال موجية مختلفة، مثل الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) عند 1064 نانومتر، واللون الأخضر عند 532 نانومتر، والأشعة فوق البنفسجية (UV) عند 355 نانومتر، في عملية تطعيم الخلايا الشمسية ذات الباعث الانتقائي بالليزر. وتؤثر الأطوال الموجية المختلفة على قابلية التصنيع وكفاءته (باتيل وآخرون، 2011).

ليزرات الإكسيمر للمواد ذات فجوة النطاق العريض

تعتبر ليزرات الإكسيمر، التي تعمل عند طول موجي فوق بنفسجي، مناسبة لمعالجة المواد ذات فجوة النطاق الواسعة مثل الزجاج والبوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP)، مما يوفر دقة عالية وتأثيرًا حراريًا ضئيلًا (Kobayashi et al., 2017).

ليزرات Nd:YAG للتطبيقات الصناعية

تُستخدم ليزرات Nd:YAG، بفضل قدرتها على ضبط الطول الموجي، في نطاق واسع من التطبيقات. وتتيح قدرتها على العمل عند كل من 1064 نانومتر و532 نانومتر مرونةً في معالجة المواد المختلفة. فعلى سبيل المثال، يُعد الطول الموجي 1064 نانومتر مثاليًا للنقش العميق على المعادن، بينما يوفر الطول الموجي 532 نانومتر نقشًا سطحيًا عالي الجودة على البلاستيك والمعادن المطلية. (مون وآخرون، 1999).

→ المنتجات ذات الصلة:ليزر الحالة الصلبة ذو الضخ الثنائي المستمر بطول موجي 1064 نانومتر

لحام ليزر الألياف عالي الطاقة

تُستخدم أشعة الليزر ذات الأطوال الموجية القريبة من 1000 نانومتر، والتي تتميز بجودة شعاع عالية وقدرة كبيرة، في لحام المعادن بتقنية ثقب المفتاح بالليزر. تعمل هذه الأشعة بكفاءة عالية على تبخير وصهر المواد، مما ينتج عنه لحامات عالية الجودة (سالمينين، بيلي، وبورتونين، 2010).

دمج معالجة الليزر مع التقنيات الأخرى

أدى دمج معالجة الليزر مع تقنيات التصنيع الأخرى، مثل التكسية والطحن، إلى أنظمة إنتاج أكثر كفاءة وتنوعًا. ويُعد هذا الدمج مفيدًا بشكل خاص في صناعات مثل تصنيع الأدوات والقوالب وإصلاح المحركات (نووتني وآخرون، 2010).