Применение лазера в ювелирной промышленности

Лазерные технологии обработки материалов широко применяются в промышленности для различных технологических операций - сварки, резки, маркировки и гравировки, термообработки, сверления отверстий. В последние годы наметилась тенденция расширения применения лазеров в ювелирной отрасли. Наиболее широкое распространение получили станки для обработки с твердотельными лазерами на алюмо-иттриевом гранате, излучение которых достаточно хорошо поглощается основными материалами ювелирной промышленности - драгоценными металлами и камнями. Часть технологических процессов лазерной обработки полностью отработана и внедрена в ювелирной отрасли, некоторые процессы и технологии находятся в стадии разработки, и возможно, в скором времени могут быть применены для обработки изделий ювелирной промышленности.
Лазер - идеальный инструмент для работы со всеми видами изделий из драгоценных металлов и сплавов, включая изделия с драгоценными вставками, чувствительными к температурным воздействиям.
Пробивка отверстий в камнях
Одним из первых применений лазеров была пробивка отверстий в часовых камнях. Сверление отверстий всегда было чрезвычайно трудоемкой операцией. Современная лазерная технология позволяет прошивать отверстия требуемой формы в камнях различных типов с высокой скоростью и качеством.
Лазерная сварка
Примером применения в серийном массовом производстве лазерной сварки является лазерная сварка цепей при их производстве. Действительно, всем известно и с успехом применяется оборудование для производства цепочек, особенно итальянских фирм. Особенностью этого процесса является его двухстадийность: сначала формируется цепочка, потом производится ее пайка традиционными методами. Лазерная технология позволяет производить сварку звена цепи непосредственно при его формировании на одной технологической операции и одном и том же оборудовании. Впервые такая технология была разработана для сварки золотых цепочек итальянской фирмой Lаservall.
Рассмотрим технологию:
Когерентный свет может быть сфокусирован намного точнее, нежели некогерентный (рассеянный) свет, что позволяет обеспечивать очень высокую концентрацию световой энергии на очень малой площади. Эта энергия, отнесённая к единице площади, в 1000 раз выше, чем энергия на поверхности солнца.
Высокая температура, достигаемая при концентрации энергии, достаточна для локального разогрева металла до точки его плавления и выше. Фактически на локальное плавление металла затрачивается очень малая часть энергии лазера.
Лазер, используемый в ювелирной промышленности, является твердотельным лазером и функционирует по классической схеме. Конденсаторная батарея используется для накопления энергии, которая расходуется на генерацию сильного светового импульса в лампе накачки. Этот свет попадает в Nd YAG-кристалл. Кристалл преобразовывает белый свет от лампы накачки в когерентный лазерный луч, который многократно умножается в резонаторе (кристалл, отражающее зеркало, отклоняющее зеркало). Процесс управляется микрокомпьютером. Высокая температура, возникающая в процессе генерации луча, поглощается деионизированной водой, охлаждаемой в дальнейшем в воздушно-водном теплообменнике.
Через систему линз лазерный луч попадает в рабочую камеру. Процесс сварки контролируется непосредственно через стереомикроскоп.
Чем лучше отъюстированы (настроены) все узлы лазера, тем выше качество и результат сварки и выше ресурс работы машины.
Энергия лазерного луча расплавляет металл в точке контакта его с металлом. Размер пятна и глубина проникновения луча в металл зависят от трех основных параметров:
1. напряжение (мощность) - чем выше, тем глубже проникновение;
2. время импульса - чем дольше, тем шире и глубже, тем больше расплавленного металла;
3. диаметр луча - чем больше, тем больше площадь сварки (пятна).
Для различных металлов эти параметры определяются в зависимости от их физико-химических свойств. Например, низкопробные золотые сплавы (белого и жёлтого цвета) просто и легко свариваются.Высокопробные сплавы жёлтого золота (22К и выше), серебряные и медные сплавы свариваются намного хуже из-за их высокой отражательной способности и высокой теплопроводности.
Сварочный лазер должен иметь качественный (хорошо отъюстированный) луч. В этом случае результат сварки будет оптимальным, даже тогда, когда область сварки выходит за фокальную плоскость оптических приборов лазера.
Точная юстировка оптики на всех участках прохождения луча улучшает его качественные параметры. Для достижения наилучшего результата при производстве лазера необходимо провести предварительные юстировочные работы.
Только отличная юстировка луча обеспечивает высококачественный результат и высокий ресурс работы.