Zirkoniumoksidi (ZrO₂) on yksi prosessi{0}}herkimmistä teknisistä keramiioista. Se tarjoaa erinomaisen kovuuden, murtumislujuuden ja biologisen yhteensopivuuden. Sopimattomalla laserilla tai huonosti valituilla parametreilla leikattaessa leikkausreuna voi kuitenkin tummua, muuttua mustaksi tai muodostua mikro-halkeamia, jotka voivat heikentää komponenttia.
Tässä oppaassa kerrotaan, miksi zirkoniumoksidi on herkkä palamaan ja kuinka kolme lasertekniikkaa -QCW-kuitu, UV ja pikosekunti-voivat välttää nämä ongelmat. Tiedot on otettu julkisesti saatavilla olevasta teknisestä kirjallisuudesta ja valmistajan dokumentaatiosta.
Miksi zirkoniumoksidi palaa laserleikkauksen aikana (perussyyt)?
Ennen kuin valitset laserin, on hyödyllistä ymmärtää, mitä "palaminen" todella tarkoittaa zirkoniumoksidissa. Se ei ole yksinkertaista hapetusta, kuten metallien; se sisältää yleensä kolmen vaikutuksen yhdistelmän:
Lämmön kerääntyminen– Zirkoniumoksidilla on alhainen lämmönjohtavuus, joten absorboitunut laserenergia pyrkii kerääntymään matalaan pintakerrokseen. Tämä luo lämpö{1}}vyöhykkeen (HAZ). Perinteisillä nanosekunnin lasereilla HAZ voi olla suhteellisen leveä, kun taas lyhyemmät pulssin kestoajat (pikosekunti tai femtosekunti) voivat lyhentää sitä merkittävästi.
Hapen menetys ja värimuutos– Korkean lämpötilan{0}}ablaation ja sen jälkeen nopean jäähtymisen aikana pinta voi menettää happea ja tulla tummemmaksi. Tämä näkyvä musta/tumma reuna liittyy pinnan kemian muutokseen (zirkoniumionien väheneminen). Värinmuutos on usein palautuva; osan uudelleen-lämmittäminen happea-pitävässä ilmakehässä voi palauttaa valkoisen värin.
Vaiheen muunnos– Liiallinen lämpö voi saada zirkoniumoksidin muuttumaan tetragonaalisesta monokliiniseen faasiin lähellä leikkausreunaa. Tämä muutos voi vähentää paikallista murtolujuutta ja lisätä halkeilun tai halkeilun riskiä. Vakavuus riippuu lämpöaltistumisesta käsittelyn aikana.
Käytännössä palovapaan-leikkauksen saavuttaminen on suurelta osin kysymys HAZ:n hallinnasta. Lyhyemmällä lämpövuorovaikutuksella on taipumus tuottaa valkoisempia, vahvempia reunoja.
Kolme lasermenetelmää poltto{0}}ilmaiseen zirkoniumoksidiin
1. QCW-kuitulaser (1060–1080 nm)– Nopeus ja paksuus
Lähes-jatkuva-aaltokuitulaserit (QCW) toimivat nanosekunnin{0}}mittakaavapulsseilla, mutta moduloivat lähtöä siten, että materiaali jäähtyy pulssipurskeiden välillä. Tämä jaksottainen kuumennus vähentää lämmön kertymistä jatkuviin-aaltolaseereihin verrattuna ja säilyttää samalla korkeat materiaalin poistonopeudet.
HAZ koko:tyypillisesti nanosekuntiluokkaa, usein pienempi, kun käyttösuhdetta säädetään huolellisesti.
Vahvuudet:suuri suorituskyky, joka pystyy leikkaamaan suhteellisen paksuja osia.
Sopii:rakenteelliset zirkoniumoksidiosat ohuista useiden millimetrien paksuisiin, suuri{0}}volyymituotanto.
Maksaa:kohtalainen (yleensä kalliimpia kuin tavalliset nanosekunnin kuitulaserit, mutta vähemmän kuin UV- tai pikosekuntijärjestelmät).
Monet koneenrakentajat tarjoavat QCW-kuitulähteitä keraamiseen leikkaamiseen, joilla on hyvä toistettavuus ja paksuuspeitto. Eräässä raportoidussa tapauksessa ohuiden zirkoniumoksidiosien erän leikkaaminen laserilla kesti huomattavasti vähemmän aikaa kuin perinteinen CNC-työstö.
Keskeinen kohta: QCW tarjoaa tuottavuutta; palamisen hallinta riippuu oikeasta parametrien virityksestä.
2.UV-laser (355 nm)– Fotokemiallinen "kylmäleikkaus"
UV-laserit leikataan pääasiassa fotokemiallisen sidoksen katkaisemalla sulamisen sijaan. Korkea fotonienergia rikkoo suoraan molekyylisidoksia, joten hyvin vähän energiaa muuttuu lämmöksi. Tämä minimoi lämpö-rasitushalkeilun ja hiiltymisen.
HAZ koko:hyvin pieni, lähes mikroskooppinen tai jopa nanoskooppinen mittakaava; hiiltymistä ei käytännössä ole.
Vahvuudet:poikkeuksellisen puhtaat reunat ohuissa ja hauraissa materiaaleissa.
Sopii:ohut zirkoniumoksidi (alle noin 0,3 mm), mikro-reiät, korkea-kuvasuhde-mikrorakenteet; korkeita saantoja on raportoitu ohuille alustoille.
Maksaa:suhteellisen korkea-tyypillisesti useita kertoja QCW-järjestelmään verrattuna.
3. Pikosekuntilaser – Ultranopea kylmäablaatio
Pikosekuntilaserit tuottavat pulsseja, jotka ovat suuruusluokkaa lyhyempiä kuin nanosekunnin pulssit. Energia laskeutuu niin nopeasti, että se höyrystää materiaalin ennen kuin lämpö pääsee leviämään ympäröivälle alueelle.
HAZ koko:lähellä-nollaa, ja HAZ on yleensä paljon pienempi kuin nanosekunnin käsittelyssä.
Vahvuudet:paras reunalaatu ja minimaaliset lämpövauriot; suositeltava lääketieteellisissä/hammaslääketieteellisissä ja vahvoissa{0}}sovelluksissa.
Sopii:ultra-ohuet tai tarkkoja osia, joissa vaihemuutosta ei voida hyväksyä.
Maksaa:korkea (usein huomattavasti enemmän kuin QCW).
Pikavertailutaulukko
|
Ulottuvuus |
QCW-kuitu (ns) |
UV 355 nm |
Picosekunti |
|
Pulssin leveys |
10⁻⁹ s |
ns-ps-luokka |
10⁻¹² s (1000× lyhyempi) |
|
Poistomekanismi |
Ohjattu lämpö |
Valokemiallinen |
Kylmäablaatio |
|
VAARA |
<50 μm class |
mikro-nano |
Lähellä-nollaa (<10 μm) |
|
Reunan laatu |
Hyvä (vaatii viritystä) |
Erinomainen |
Parhaat |
|
Läpäisykyky |
Korkea |
Keskikokoinen |
Matala–Keskitaso |
|
Palovamman/mustahtumisen vaara |
Keskikokoinen |
Erittäin matala |
Alin |
|
Suhteellinen koneen hinta |
Keskikokoinen |
Keski-korkea |
Korkea (3–5× QCW) |
|
Tyypillinen paksuus |
0,2-11 mm |
<0.3 mm |
Ultra-ohut/tarkkuus |
Prosessiparametrit, jotka auttavat välttämään palovammoja
Paraskin laser voi aiheuttaa palovammoja, jos parametreja ei ole asetettu oikein. Yleisesti suositellaan seuraavia ohjeita:
Pulssin päällekkäisyys– Pidä päällekkäisyys kohtuullisella alueella (ei liian matalalla, ei liian korkealla). Liian pieni päällekkäisyys aiheuttaa askelmia ja lämpöpiikkejä; liian korkea kerää liikaa lämpöä. Lisää toistonopeutta lisätäksesi sen sijaan nopeutta.
Skannausnopeus– Keraamisessa leikkauksessa skannausnopeudet kohtuullisella alueella (esim. muutama sata mm/s) vältetään usein sekä ali-leikkauksen että reunan mikro-halkeamisen välttämiseksi.
Ko-aksiaalinen apukaasu– Inertin kaasun (esim. typen) käyttäminen koaksiaalisesti lasersäteen kanssa auttaa puhaltamaan pois sulat roskat, vähentää plasman suojausta ja tarjoaa aktiivisen jäähdytyksen-tämä on yksinkertainen tapa minimoida HAZ ja värimuutos.
Käyttömäärän viritys (QCW) – Koska QCW poistaa lämpöä pulssien välillä, intervallin pidentäminen (pienempi käyttösuhde) samalla keskiteholla voi kutistuapaksumman zirkoniumoksidin HAZ.
Moniajo, matala-energiastrategia – Useat matalat yhden-pulssin energiat ovat usein parempia kuin yksi syvä, kuuma läpikulku. Tämä on yleinen käytäntö UV- ja pikosekunditeillä lasereilla.
Prosessin jälkeinen-hehkutus– Jos vähäistä värjäytymistä jää jäljelle, kevyt hehkutus happea- sisältävässä ilmakehässä voi palauttaa valkoisen värin, koska mustuminen on tyypillisesti palautuva happi{1}}vaje. Tämä ei kuitenkaan kumoa syvän vaiheen muutosta, joten HAZ:n estäminen on ensisijainen tavoite.
Oikean koneen valinta zirkoniallesi
Paksut osat ja suuri tilavuus → QCW-kuituleikkausjärjestelmä on usein tuottavin valinta.
Ohuet alustat, mikro{0}}reiät tai kosmeettiset-kriittiset reunat → UV-laserit ovat suositeltavia.
Lääketieteelliset/hammaslääketieteelliset osat, joissa vaihemuutoksia on vältettävä → Picosecond on yleensä teknisesti ylivoimainen vaihtoehto.
UKK
K: Voiko zirkoniumoksidia laserleikata ilman, että se muuttuu mustaksi?
A: Kyllä. Musttuminen johtuu happihäviöstä HAZ:ssa. Lyhyen -pulssin (UV tai pikosekunti) tai oikein viritetyn QCW:n käyttö kaasuavustimen kanssa voi pitää reunan valkoisena.
K: UV vai pikosekunti,{0}}kumpi on parempi?
A:Molemmat voivat tuottaa poltto{0}}ilmaisia tuloksia. UV on usein edullisempi ohuille alustoille ja mikro{2}}ominaisuuksille; pikosekunti antaa alhaisimman HAZ:n, ja sitä käytetään ensisijaisesti lääketieteellisissä/hammaslääketieteellisissä ja vahvuus{3}}kriittisissä komponenteissa.
K: Onko QCW-kuitulaser sopiva zirkoniumoksidille?
A:Kyllä, erityisesti paksummille materiaaleille ja suuremmalle suorituskyvylle. Se vaatii huolellista intervallien, päällekkäisyyden ja avustuskaasun säätämistä HAZ:n ohjaamiseen.
K: Kuinka mustuminen voidaan poistaa leikkauksen jälkeen?
A: Lievä hehkutus/uudelleen{0}}sintrausvaihe voi palauttaa valkoisen värin hapettamalla pinnan uudelleen. Tämä ei kuitenkaan korjaa syvän vaiheen muutosta,-joten ehkäisy HAZ-ohjauksella on edelleen paras tapa
Johtopäätös
Poltto-zirkoniumoksidileikkaus on mahdollista, mutta se riippuu lasertyypin sovittamisesta paksuus- ja laatuvaatimuksiin sekä parametrien asettamisesta lämmön kertymisen estämiseksi. Paksun zirkoniumoksidin tuottavuuden kannalta QCW-kuitu on vahva ehdokas; Ultra-ohuille tai kosmeettisille-kriittisille reunille UV sopii; lääketieteellisessä-luokassa, lähellä -nollaa-HAZ-reunat, pikosekunti on parempi.
Jos tarvitset räätälöidyn ratkaisun, monet laservalmistajat tarjoavat QCW-, UV- ja pikosekundaarisia keraamisia leikkausjärjestelmiä, joissa on näköasemointi ja hyvä toistettavuus.Ota yhteyttä YCLASERiinmateriaalin, paksuuden ja reunan{0}}laatuvaatimusten kanssa prosessin arvioinnissa.
