ภายในปริซึม: เลเซอร์จับภาพ 3 มิติภายในคริสตัลได้อย่างไร
ยิงเลเซอร์พลังงานสูงผ่านกระจกแข็ง และตรรกะกำหนดว่าควรทิ้งรอยไหม้ไว้ตามเส้นทาง การแกะสลักด้วยเลเซอร์ใต้พื้นผิวท้าทายความคาดหวังนี้โดยอาศัยการดูดกลืนแสงแบบไม่เชิงเส้น การใช้เลเซอร์ Nd:YAG ความถี่สองเท่าที่เปล่งแสงที่ความยาวคลื่นสีเขียว 532 นาโนเมตร แสงจะส่องผ่านกระจกใสโดยไม่ให้ความร้อนแก่พื้นผิว พลังงานเดินทางตรงผ่านวัสดุจนกระทั่งถึงพิกัดเป้าหมายเฉพาะภายใน
เลนส์โฟกัสทำให้เคล็ดลับนี้เป็นไปได้ โดยจะรวมลำแสงเลเซอร์ลงไปที่เส้นผ่านศูนย์กลางจุดโฟกัสระหว่าง 15 ถึง 25 ไมโครเมตร นอกเขตการบรรจบกันที่คับแคบนี้ ความหนาแน่นของพลังงานจะต่ำกว่าเกณฑ์ความเสียหายของกระจก ภายในจุดโฟกัส ความหนาแน่นของพลังงานพุ่งสูงกว่า 500 เมกะวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ความเข้มของแสงที่พิกัดนั้นจะดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอม ทำให้เกิดไมโครพลาสมาที่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น คลื่นกระแทกที่เกิดขึ้นจะสร้างการแตกหักระดับไมโครที่มีการควบคุมที่เรียกว่าว็อกเซล ซึ่งมีความกว้างประมาณ 30 ถึง 80 ไมครอน พื้นผิวด้านนอกยังคงเรียบเนียนน่าสัมผัส
เคมีของการเลือกแก้ว
การแกะสลักด้วยเลเซอร์ภายในกระจกที่สะอาดต้องใช้วัตถุดิบที่บริสุทธิ์ กระจกโฟลตโซดาไลม์มาตรฐาน ที่ใช้กันทั่วไปในหน้าต่างหรือภาชนะเครื่องดื่ม จะล้มเหลวทันทีภายใต้พัลส์เลเซอร์ใต้พื้นผิว แก้วราคาถูกมีช่องอากาศขนาดเล็กมาก การปนเปื้อนของเหล็กออกไซด์ และแรงตึงทางกลที่ไม่สม่ำเสมอ เมื่อพัลส์เลเซอร์ระดับนาโนวินาทีกระทบกับสิ่งเจือปนในระดับจุลภาค การขยายตัวทางความร้อนจะแพร่กระจายอย่างไม่สามารถควบคุมได้ คริสตัลแตกสลายภายใน เปลี่ยนเมฆที่มีรายละเอียดสูงให้กลายเป็นรอยแตกที่เป็นพังผืด
ของที่ระลึกที่มีความแม่นยำสูงต้องใช้คริสตัล K9 เกรดออปติคัล K9 เป็นแก้วคราวน์บอโรซิลิเกตชนิดพิเศษที่ผลิตด้วยมาตรฐานความบริสุทธิ์ที่เข้มงวด โดยมีดัชนีการหักเหของแสง 1.5168 และความสม่ำเสมอภายในที่ยอดเยี่ยม การกระจายตัวต่ำทำให้มั่นใจได้ว่ารังสีเลเซอร์ที่บรรจบกันจะโค้งงออย่างคาดเดาได้โดยไม่เกิดการบิดเบือนก่อนเวลาอันควร เมื่อดำเนินการแกะสลักด้วยเลเซอร์คริสตัล K9 รอยแตกขนาดเล็กทุกจุดจะอยู่ภายในโซนแคบขนาด 30 ถึง 80 ไมครอน โดยคงความคมชัดไว้ในแต่ละจุดหลายล้านจุด
ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคและพารามิเตอร์การทำงาน
การควบคุมจังหวะพัลส์และกำลังเอาท์พุตที่แม่นยำจะกำหนดว่าภาพจะดูคมชัดหรือเบลอ พารามิเตอร์ต่อไปนี้ควบคุมกระบวนการเลเซอร์ใต้พื้นผิว
| พารามิเตอร์ | ค่ามาตรฐาน | ผลกระทบจากการดำเนินงาน |
|---|---|---|
| ความยาวคลื่นเลเซอร์ | 532 นาโนเมตร (ความถี่สองเท่า Nd:YAG) | ผ่านคริสตัลใสที่มีการดูดซับเชิงเส้นใกล้ศูนย์ |
| ระยะเวลาชีพจร | 3 ถึง 8 นาโนวินาที | กักเก็บความร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกหักของกระจกโครงสร้าง |
| เส้นผ่านศูนย์กลางจุดโฟกัส | 15 ถึง 25 ไมครอน | กำหนดความละเอียดทางกายภาพของ voxels 3D แต่ละรายการ |
| ความหนาแน่นของพลังงานสูงสุด | > 500 เมกะวัตต์/ซม.² | เกินเกณฑ์การแยกย่อยทางแสงอย่างเคร่งครัดที่จุดโฟกัส |
| เส้นผ่านศูนย์กลางว็อกเซล | 30 ถึง 80 ไมครอน | กำหนดความหนาแน่นของจุดและการมองเห็นการแตกหักระดับไมโคร |
| ดัชนีวัสดุของการหักเหของแสง | 1.5168 (คริสตัล K9) | รับประกันการหักเหของแสงที่คาดเดาได้ผ่านความลึกของบล็อก |
เรขาคณิตเส้นทางเลเซอร์และเอฟเฟกต์เงา
การแกะสลักใต้พื้นผิวทำงานภายใต้รูปทรงเรขาคณิตทางกายภาพที่เข้มงวด แต่ละวอกเซลที่เกิดขึ้นภายในคริสตัลจะกลายเป็นการแตกหักด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่กระจายแสง การกระจัดกระจายนี้รบกวนพัลส์เลเซอร์ที่พยายามผ่านจุดเดียวกันนั้นในภายหลังในลำดับ หากเลเซอร์พยายามโจมตีด้านหลังว็อกเซลที่มีอยู่ แสงจะกระจายเร็วขึ้น เหลือจุดว่างหรือจุดที่ผิดรูปแบบ วิศวกรอ้างถึงข้อจำกัดนี้ว่าเป็นการสร้างเงาด้วยแสง
อัลกอริธึมซอฟต์แวร์ป้องกันการเกิดเงาโดยการคำนวณเส้นทางเลเซอร์จากด้านหลังไปด้านหน้าโดยสัมพันธ์กับเลนส์ใกล้วัตถุ เลเซอร์จะยิงไปที่ระนาบที่ลึกที่สุดในบล็อกก่อน มันทำงานไปข้างหน้าทีละชั้น โดยขึ้นจากล่างขึ้นบน ทางเดินนี้ทำให้กระจกใสอยู่ระหว่างเลนส์โฟกัสและพิกัดเป้าหมายสำหรับทุกพัลส์
ข้อจำกัดทางกายภาพและข้อจำกัดในการออกแบบ
ขอบเขตของวัสดุกำหนดกฎเกณฑ์ที่เข้มงวดในการออกแบบเลเซอร์ 3 มิติ:
- การกวาดล้างขอบ:Voxels ต้องอยู่ห่างจากพื้นผิวด้านนอกอย่างน้อย 2.0 มิลลิเมตร การแกะสลักใกล้กับขอบมากเกินไปจะเน้นความตึงเครียดภายใน ทำให้เกิดรอยแตกร้าวที่พื้นผิวด้านนอกหรือการบิ่นที่มุม
- ขีดจำกัดความหนาแน่นของ Voxel:จุดบรรจุแน่นเกินไปทำให้เกิดระนาบการแตกหักต่อเนื่อง การรักษาระยะห่างของจุดให้สูงกว่า 100 ไมครอนจะป้องกันไม่ให้แรงเค้นภายในรวมเป็นรอยแตกขนาดใหญ่
- ขีดจำกัดความลึก:บล็อกคริสตัลที่หนากว่า 150 มม. ประสบปัญหาคุณภาพลำแสงลดลง เมื่อแสงเดินทางลึกผ่านกระจก ความแปรผันทางแสงเล็กน้อยจะทำให้จุดโฟกัสอ่อนลง ส่งผลให้ความหนาแน่นของพลังงานลดลง
- เอาต์พุตขาวดำ:รอยแตกขนาดเล็กสะท้อนแสงสีขาวโดยรอบ การแปรผันของสีเป็นไปไม่ได้ภายในเมทริกซ์แก้ว เอฟเฟ็กต์สีต้องใช้ไฟฐาน LED ภายนอก
การจัดการอย่างระมัดระวังจะรักษาคุณภาพของภาพไว้เมื่อเวลาผ่านไป หลีกเลี่ยงการทำบล็อกคริสตัลหล่นหรือทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเกิน 40 องศาเซลเซียสต่อนาที การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกะทันหันจะขยายรอยแตกขนาดเล็ก ทำให้รายละเอียดภายในขุ่นมัว
เหตุใดการแกะสลักด้วยเลเซอร์คริสตัล K9 จึงต้องใช้เลเซอร์สีเขียวแทนเลเซอร์ CO2 หรือไฟเบอร์เลเซอร์
เลเซอร์ CO2 ปล่อยแสงที่ความยาวคลื่น 10,600 นาโนเมตร ซึ่งแก้วจะดูดซับทันทีที่พื้นผิว ทำให้ไม่สามารถกำหนดเป้าหมายภายในได้ ไฟเบอร์เลเซอร์ทำงานที่ 1,064 นาโนเมตร ผ่านกระจกโดยไม่มีการดูดซับอย่างมีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะทำให้เกิดการสลายทางแสงโดยไม่ต้องใช้พลังงานมาก เลเซอร์สีเขียว 532 นาโนเมตรมีพื้นกลางในอุดมคติ: การส่งผ่านสูงผ่านคริสตัลใส และการดูดซับแบบไม่เชิงเส้นที่มีประสิทธิภาพที่ความหนาแน่นพลังงานสูงที่เน้นไว้
การแกะสลักด้วยเลเซอร์ใต้พื้นผิวสามารถสร้างภาพสีภายในกระจกได้หรือไม่
ไม่ การแตกหักระดับไมโครใต้พื้นผิวจะเปลี่ยนโครงสร้างทางกายภาพของคริสตัล ทำให้เกิดจุดสีขาวเล็กๆ ที่กระจายแสงโดยรอบ เนื่องจากไม่มีเม็ดสี หมึก หรือสีย้อมเข้าไปในกระจกที่ปิดสนิท ภาพภายในจึงยังคงเป็นสีขาวขาวดำ การแสดงภาพด้วยสีจะขึ้นอยู่กับแสงพื้นฐานภายนอกที่ติดตั้งไฟ LED RGB
ภาพ 3 มิติภายในคริสตัลจะจางลงหรือเสื่อมลงเมื่อเวลาผ่านไปหรือไม่
ภาพเป็นแบบถาวร การแตกหักระดับไมโครแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพในโครงสร้างผลึกที่ไม่สามารถรักษา จางหาย หรือเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้สภาวะปกติ เก็บบล็อกไว้ไม่ให้อยู่ในสภาพแวดล้อมการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลันที่รุนแรง เพื่อป้องกันไม่ให้ความเครียดแตกหักขยายไปทั่ววอเซล
การแกะสลักด้วยเลเซอร์ภายในกระจกแตกต่างจากการแกะสลักพื้นผิวกระจกแบบดั้งเดิมอย่างไร
การกัดพื้นผิวแบบดั้งเดิมใช้การพ่นทราย อ่างกรด หรือเลเซอร์พื้นผิวเพื่อกัดกร่อนพื้นผิวด้านนอกของกระจก การแกะสลักด้วยเลเซอร์ใต้พื้นผิวจะเน้นพลังงานตรงผ่านพื้นผิวด้านนอก ปล่อยให้พื้นผิวด้านนอกเรียบสนิท ในขณะเดียวกันก็ก่อตัวเป็นพอยต์คลาวด์สามมิติภายในวัสดุทั้งหมด
