หลักการทำงานของเครื่องเชื่อมเลเซอร์สำหรับเครื่องประดับคืออะไร

เครื่องเชื่อมเลเซอร์สำหรับเครื่องประดับเป็นอุปกรณ์เทคโนโลยีขั้นสูงที่ใช้ลำแสงเลเซอร์เป็นแหล่งความร้อนเพื่อเชื่อมชิ้นส่วนโลหะของเครื่องประดับอย่างแม่นยำ หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์กับสสาร โดยแก่นหลักคือการโฟกัสลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงไปยังบริเวณเล็กมากของชิ้นงาน เพื่อให้เกิดการหลอมเหลวและแข็งตัวอย่างรวดเร็วจนได้รอยเชื่อม
I. หลักการทำงานหลัก: การปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์กับโลหะ
การดูดซับและแปลงพลังงาน
เมื่อมีการส่องลำแสงเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นเฉพาะลงไปยังพื้นผิวของโลหะ อิเล็กตรอนอิสระในโลหะจะดูดซับพลังงานจากโฟตอน เครื่องเชื่อมเครื่องประดับมักใช้เลเซอร์แบบพัลส์ Nd:YAG หรือไฟเบอร์เลเซอร์ ซึ่งปล่อยแสงใกล้อินฟราเรด (มีความยาวคลื่นประมาณ 1064 นาโนเมตร) ที่สามารถถูกดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยโลหะที่ใช้ทำเครื่องประดับส่วนใหญ่ เช่น ทอง เงิน แพลตินัม และพาลาเดียม
การสะสมความร้อนและการหลอมเหลว:
อิเล็กตรอนที่ดูดซับพลังงานแล้วจะชนกับโครงตาข่ายผลึก ทำให้พลังงานเปลี่ยนไปเป็นความร้อน ในช่วงเวลาสั้นมาก (มักอยู่ในระดับมิลลิวินาทีหรือไมโครวินาที) อุณหภูมิของโลหะบริเวณที่ลำแสงเลเซอร์ตกกระทบจะเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว จนถึงและเกินจุดหลอมเหลว ทำให้เกิดหลุมละลายเฉพาะที่ เนื่องจากพลังงานเลเซอร์มีความเข้มข้นสูง โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจึงมีขนาดเล็กมาก และวัสดุโดยรอบแทบไม่ได้รับความเสียหายจากความร้อน
การแข็งตัวของหลุมละลายและการเชื่อมต่อ:
หลังจากพัลส์เลเซอร์สิ้นสุดลง แหล่งความร้อนจะหายไปทันที โลหะที่หลอมเหลวจะเย็นตัวและแข็งตัวอย่างรวดเร็วโดยการนำความร้อนไปยังเนื้อวัสดุโดยรอบ โลหะในโซนที่หลอมละลายและโลหะฐานจะสร้างโครงสร้างผลึกร่วมกันในระหว่างกระบวนการแข็งตัว จึงทำให้เกิดการเชื่อมต่อทางเมทัลลูร์จิคัลที่แข็งแรง
II. ส่วนประกอบหลักของระบบ
เครื่องกำเนิดเลเซอร์: ส่วนประกอบหลักของระบบ ทำหน้าที่สร้างลำแสงเลเซอร์ อุปกรณ์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้เลเซอร์ไฟเบอร์ ซึ่งมีข้อดีคือมีประสิทธิภาพสูง คุณภาพลำแสงดี และไม่ต้องการการบำรุงรักษา
ระบบนำและโฟกัสแสง: ประกอบด้วยกระจกสะท้อน เส้นใยแก้วนำแสง และเลนส์โฟกัส หน้าที่คือการนำและโฟกัสลำแสงเลเซอร์จากเครื่องกำเนิดเลเซอร์ไปยังชิ้นงานอย่างแม่นยำ เพื่อสร้างจุดแสงที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงมาก
ชุดโต๊ะทำงานและระบบจัดตำแหน่ง: ใช้สำหรับยึดและเคลื่อนย้ายชิ้นงานหรือหัวเลเซอร์อย่างแม่นยำ โดยทั่วไปจะติดตั้งกล้องจุลทรรศน์ ระบบกล้อง CCD หรือไฟจัดแนวแบบกากบาท เพื่อให้สามารถจัดตำแหน่งจุดเชื่อมได้อย่างแม่นยำ
ระบบควบคุม: ใช้คอมพิวเตอร์และซอฟต์แวร์แบบบูรณาการในการตั้งค่าและปรับพารามิเตอร์ของเลเซอร์ เช่น พลังงานพัลส์ ความกว้างพัลส์ ความถี่ และเส้นทางการเชื่อม เพื่อควบคุมกระบวนการเชื่อมทั้งหมด
ระบบก๊าซป้องกัน: ในบริเวณที่ทำการเชื่อมจะเป่าก๊าซเฉื่อย (เช่น อาร์กอน) เข้าไปเพื่อป้องกันไม่ให้โลหะที่มีอุณหภูมิสูงเกิดปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ ทำให้รอยเชื่อมมีลักษณะสดใสและสะอาด
III. ขั้นตอนการทำงาน
หน้าที่: ยึดชิ้นงานเครื่องประดับที่ต้องการเชื่อม onto โต๊ะทำงาน และจัดตำแหน่งโฟกัสของเลเซอร์ให้ตรงกับบริเวณที่ต้องการเชื่อมอย่างแม่นยำโดยใช้ระบบภาพ
ตั้งค่าพารามิเตอร์: ตั้งค่าพลังงานเลเซอร์ ระยะเวลาพัลส์ และความถี่ที่เหมาะสมในระบบควบคุม ตามชนิดของโลหะ ความหนา และข้อกำหนดของการเชื่อม
ปล่อยก๊าซป้องกัน: เริ่มต้นเปิดท่อนำก๊าซเพื่อให้มั่นใจว่าก๊าซเฉื่อยปกคลุมพื้นที่การเชื่อม
ปล่อยเลเซอร์: เริ่มต้นเปิดอุปกรณ์ และเลเซอร์จะปล่อยลำแสงเลเซอร์แบบพัลส์ตามพารามิเตอร์ที่ตั้งไว้ ซึ่งจะทำปฏิกิริยาที่ผิวของชิ้นงาน
การสร้างจุดบัดกรี: พลังงานเลเซอร์ทำให้โลหะหลอมละลายทันที เกิดเป็นแอ่งหลอมเหลว เมื่อเลเซอร์หยุดทำงาน แอ่งดังกล่าวจะแข็งตัว ทำให้การเชื่อมจุดบัดกรีหนึ่งจุดเสร็จสมบูรณ์ โดยการเคลื่อนย้ายชิ้นงานหรือหัวเลเซอร์ สามารถทำการเชื่อมแบบจุดต่อเนื่องหรือเชื่อมแนวได้
IV. คุณลักษณะทางเทคนิคและข้อได้เปรียบในการประยุกต์ใช้งาน
การประมวลผลแบบไม่สัมผัส: หัวเลเซอร์ไม่สัมผัสกับชิ้นงาน จึงไม่เกิดแรงเครียดทางกล เหมาะสำหรับชิ้นส่วนเครื่องประดับที่ละเอียดและมีขนาดเล็ก
โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนมีขนาดเล็ก: พลังงานถูกจุกจุดอย่างเข้มข้น ทำให้หลีกเลี่ยงการให้ความร้อนทั่วทั้งชิ้นงาน ซึ่งช่วยให้พลอยที่ฝังอยู่แล้ว (โดยเฉพาะพลอยที่ไวต่อความร้อน เช่น แทนซาไนต์และโอปอล รวมถึงวัสดุเคลือบ) จะไม่เกิดความเสียหายจากความร้อน
ความแข็งแรงในการเชื่อมสูงมาก: เป็นวิธีการยึดติดแบบโลหะวิทยา ทำให้ความแข็งแรงของจุดเชื่อมใกล้เคียงกับวัสดุพื้นฐาน
ความแม่นยำสูงมาก: เส้นผ่านศูนย์กลางจุดเชื่อมสามารถเล็กระดับไมโครเมตร ทำให้การเชื่อมแทบมองไม่เห็น และต้องการงานขัดเงาเพิ่มเติมน้อยมาก
ครอบคลุมวัสดุหลายประเภท: สามารถใช้เชื่อมโลหะเครื่องประดับทั่วไปหลายชนิด เช่น ทองคำเค, พลาตินัม, เงิน และโลหะผสมไทเทเนียม
หลักการทำงานของเครื่องเชื่อมจิวเวลรี่ด้วยเลเซอร์คือการใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงในการให้ความร้อนกับโลหะเป็นบริเวณเฉพาะและชั่วขณะ ทำให้โลหะหลอมละลายและเกิดการยึดติดกันทางเมทัลลูร์จี เทคโนโลยีหลักอยู่ที่การควบคุมพลังงานเลเซอร์อย่างแม่นยำ เพื่อให้ได้ผลการเชื่อมที่มีความแม่นยำ สะอาด และมีประสิทธิภาพตามที่อุตสาหกรรมจิวเวลรี่ต้องการ