巧琢内在:激光如何在水晶内部施展“光影魔术”?

2025-10-21

雕刻是一门古老的艺术。传统雕刻通常从材料外部着手,逐步塑造出想要的形状。然而,激光却能够像孙悟空一样“深入腹地”,直接在材料内部施展技艺。仔细观察会发现,这些玻璃或水晶制品表面并没有任何可供“刻刀”进入的开口。从这一点来说,激光甚至比孙悟空还要高明——毕竟孙悟空钻入人体时,也还需要一条缝隙。

激光内雕的原理其实并不复杂。要想在玻璃内部进行雕刻,激光的能量密度必须超过玻璃的破坏阈值。激光在某一位置的能量密度,取决于该位置光斑的大小:同一束激光,光斑越小,能量密度越高。因此,通过精确聚焦,可以使激光在进入玻璃和穿越非雕刻区域时,能量密度低于破坏阈值;而当激光到达需要雕刻的位置时,则通过调整使其能量超过阈值。激光脉冲在极短时间内释放能量,使水晶内部受热产生微裂纹,形成细小的白点,从而在材料内部精确雕出预设图案,而玻璃或水晶的其他部分则保持原状,完好无损。

激光内雕辅助成像技术

常规的3D成像技术依赖于图形学方法,通常需要投射高亮度激光来测量物体的形状,通过激光束的远近来处理图像和模型。这一过程相当复杂,往往需要多次拍摄才能获得物体的三维图像,成本高昂且速度较慢,尤其不适合拍摄移动的物体。整个拍摄过程有时长达数十分钟,期间物体必须保持静止,因此该技术主要适用于静态场景或固定物体。

后来出现的3D Flash!摄影技术,在人物拍摄方面展现出显著优势——它能在0.01秒内获取高分辨率图像,精确捕捉人脸的三维数据。该技术将特制光栅编码投影至物体表面,并由数字相机记录编码图像。通过专业解码软件分析图像,提取出X、Y、Z三个方向的立体信息,在此步骤中生成由网格构成的3D人像模型,随后进行皮肤贴图和色彩渲染。完成之后,一个360度完整的3D人头像就在电脑中制作完成。将数据输入内雕机,即可制作出精美的人像内雕工艺品。

激光内雕产品

激光加工系统与计算机数控技术相结合,构成高效自动化加工设备,为高质量、高效率、低成本的加工生产开辟了广阔前景。激光内雕机正是激光技术与计算机技术融合的产物,属于高科技一体化激光加工设备。

激光雕刻机采用高性能激光器与数控系统,通过自主研发的光学系统、控制系统及计算机软件,实现水晶、玻璃内部的三维精细激光雕刻。它有效解决了雕刻速度慢、系统稳定性差、激光点丢失、图文处理功能弱、接口兼容性不足、爆点不均匀、自动化程度不高等问题,全面提升了系统的工作效率、雕刻精度、可维护性、通用性及安全性。

彩色内雕的发展前景

实现水晶玻璃内雕作品的色彩多样化,是技术发展的必然趋势。利用内雕区域对光线的反射与折射作用,以及非雕刻部分的透光特性,结合光学原理与三基色混色技术,通过电路控制不同颜色的灯光在内雕图像上混合,可以呈现出丰富多彩、光彩夺目的视觉效果。

在彩色内雕技术研究中,上海光机所“光子技术”国际合作实验室取得了重要进展。相关专家基于激光诱导三维微结构的前沿研究,利用脉冲激光成功在玻璃内部雕刻出立体多色图案。随着行业技术不断成熟和市场需求日益提升,激光内雕工艺从单色向彩色发展已成为明确趋势。

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