استكشاف الوضع الحالي وإمكانات معالجة الزجاج بالليزر

شهدت تكنولوجيا التصنيع بالليزر تطورًا سريعًا خلال العقد الماضي، حيث يُعدّ تطبيقها الرئيسي معالجة المعادن بالليزر. وتُعتبر عمليات القطع واللحام والتكسية بالليزر من أهم عمليات معالجة المعادن بالليزر. مع ذلك، ومع ازدياد التركيز، بات تجانس منتجات الليزر شديدًا، مما يُحدّ من نمو سوق الليزر. لذا، ولتحقيق اختراق في هذا المجال، يجب توسيع تطبيقات الليزر لتشمل مجالات مواد جديدة. تشمل المواد غير المعدنية المناسبة لتطبيقات الليزر الأقمشة والزجاج والبلاستيك والبوليمرات والسيراميك وغيرها. تدخل كل مادة من هذه المواد في العديد من الصناعات، ولكن توجد بالفعل تقنيات معالجة ناضجة، مما يجعل استبدال الليزر مهمة صعبة.

للدخول في مجال المواد غير المعدنية، من الضروري تحليل جدوى تفاعل الليزر مع المادة، وما إذا كانت ستحدث تفاعلات عكسية. حاليًا، يبرز الزجاج كمجال رئيسي ذي قيمة مضافة عالية وإمكانات كبيرة لتطبيقات المعالجة بالليزر على دفعات.

مساحة واسعة لقطع الزجاج بالليزر

يُعدّ الزجاج مادة صناعية مهمة تُستخدم في العديد من الصناعات مثل صناعة السيارات والبناء والطب والإلكترونيات. وتتراوح تطبيقاته من المرشحات البصرية الصغيرة التي تقيس بالميكرومترات إلى الألواح الزجاجية الكبيرة المستخدمة في صناعات مثل صناعة السيارات أو البناء.

يمكن تصنيف الزجاج إلى أنواع عديدة، منها الزجاج البصري، وزجاج الكوارتز، والزجاج الميكروكريستالي، وزجاج الياقوت، وغيرها. ومن أبرز خصائص الزجاج هشاشته، مما يشكل تحديًا كبيرًا لأساليب التصنيع التقليدية. تعتمد هذه الأساليب عادةً على استخدام أدوات مصنوعة من سبائك صلبة أو الماس، وتنقسم عملية القطع إلى مرحلتين: أولًا، يتم إحداث شق على سطح الزجاج باستخدام أداة ذات رأس ماسي أو عجلة تجليخ مصنوعة من سبيكة صلبة. ثانيًا، تُستخدم وسائل ميكانيكية لفصل الزجاج على طول خط الشق. إلا أن هذه العمليات التقليدية تعاني من عيوب واضحة، فهي غير فعالة نسبيًا، وتنتج حوافًا غير مستوية غالبًا ما تتطلب تلميعًا ثانويًا، كما أنها تُنتج كميات كبيرة من الحطام والغبار. علاوة على ذلك، تُعدّ الطرق التقليدية صعبة للغاية في مهام مثل حفر ثقوب في منتصف ألواح الزجاج أو قطع أشكال غير منتظمة. وهنا تبرز مزايا قطع الزجاج بالليزر. في عام 2022، بلغت إيرادات مبيعات صناعة الزجاج في الصين حوالي 744.3 مليار يوان. لا يزال معدل انتشار تقنية القطع بالليزر في صناعة الزجاج في مراحله الأولية، مما يشير إلى وجود مجال كبير لتطبيق تقنية القطع بالليزر كبديل.

قطع الزجاج بالليزر: من الهواتف المحمولة فصاعدًا

تستخدم تقنية القطع بالليزر للزجاج عادةً رأس تركيز بيزير لتوليد أشعة ليزر عالية الكثافة والطاقة داخل الزجاج. وبتركيز شعاع بيزير داخل الزجاج، يتم تبخير المادة فورًا، مما يُنشئ منطقة تبخير تتوسع بسرعة لتشكل شقوقًا على السطحين العلوي والسفلي. وتُشكل هذه الشقوق منطقة القطع المكونة من عدد لا يُحصى من المسامات الدقيقة، مما يُتيح القطع عبر الشقوق الناتجة عن الإجهاد الخارجي.

مع التطورات الكبيرة في تكنولوجيا الليزر، ارتفعت مستويات الطاقة بشكل ملحوظ. يستطيع ليزر النانو ثانية الأخضر بقدرة تزيد عن 20 واط قطع الزجاج بكفاءة عالية، بينما يقطع ليزر البيكو ثانية فوق البنفسجي بقدرة تزيد عن 15 واط الزجاج بسهولة حتى سمك 2 مم. وتوجد شركات صينية قادرة على قطع الزجاج بسمك يصل إلى 17 مم. يتميز قطع الزجاج بالليزر بكفاءة عالية، فعلى سبيل المثال، يستغرق قطع قطعة زجاجية قطرها 10 سم وسمكها 3 مم حوالي 10 ثوانٍ فقط باستخدام الليزر، مقارنةً بعدة دقائق باستخدام السكاكين الميكانيكية. تتميز حواف القطع بالليزر بنعومتها ودقة تصل إلى 30 ميكرومتر، مما يُغني عن الحاجة إلى عمليات تصنيع ثانوية للمنتجات الصناعية العامة.

يُعدّ قطع الزجاج بالليزر تقنية حديثة نسبياً، بدأت قبل ست أو سبع سنوات. وكانت صناعة الهواتف المحمولة من أوائل القطاعات التي تبنّت هذه التقنية، حيث استخدمت القطع بالليزر في تصنيع أغطية زجاج الكاميرات، وشهدت طفرةً كبيرةً مع طرح جهاز القطع بالليزر غير المرئي. ومع انتشار الهواتف الذكية ذات الشاشات الكاملة، ساهم القطع الدقيق بالليزر لألواح الزجاج الكبيرة في تعزيز قدرة معالجة الزجاج بشكل ملحوظ. وأصبح القطع بالليزر شائعاً في معالجة مكونات الزجاج للهواتف المحمولة. ويعود هذا التوجه بشكل أساسي إلى المعدات الآلية المستخدمة في معالجة زجاج أغطية الهواتف المحمولة بالليزر، وأجهزة القطع بالليزر لعدسات حماية الكاميرات، والمعدات الذكية المستخدمة في حفر ركائز الزجاج بالليزر.

زجاج الشاشات الإلكترونية المثبتة على السيارات يعتمد تدريجياً على تقنية القطع بالليزر

تستهلك شاشات السيارات كميات كبيرة من الألواح الزجاجية، خاصةً شاشات التحكم المركزية وأنظمة الملاحة وكاميرات لوحة القيادة، وغيرها. في الوقت الحاضر، تُجهز العديد من سيارات الطاقة الجديدة بأنظمة ذكية وشاشات تحكم مركزية كبيرة الحجم. أصبحت الأنظمة الذكية معيارًا في السيارات، مع انتشار الشاشات الكبيرة والمتعددة، بالإضافة إلى الشاشات المنحنية ثلاثية الأبعاد التي باتت رائجة في السوق. تُستخدم الألواح الزجاجية لتغطية شاشات السيارات على نطاق واسع نظرًا لخصائصها الممتازة، ويمكن للزجاج المنحني عالي الجودة أن يوفر تجربة قيادة استثنائية في صناعة السيارات. مع ذلك، تُشكل صلابة الزجاج العالية وهشاشته تحديًا في عملية التصنيع.

تتطلب الشاشات الزجاجية المثبتة على السيارات دقة عالية، وتكون هوامش الخطأ في مكوناتها الهيكلية المُجمّعة ضئيلة للغاية. قد تؤدي الأخطاء الكبيرة في الأبعاد أثناء قطع الشاشات المربعة/القضيبية إلى مشاكل في التجميع. تتضمن طرق المعالجة التقليدية خطوات متعددة مثل القطع بالعجلات، والكسر اليدوي، والتشكيل باستخدام الحاسوب (CNC)، والشطف، وغيرها. ولأنها معالجة ميكانيكية، فإنها تعاني من مشاكل مثل انخفاض الكفاءة، وضعف الجودة، وانخفاض معدل الإنتاج، وارتفاع التكلفة. بعد القطع بالعجلات، قد تستغرق عملية تشكيل غطاء زجاجي واحد للوحة التحكم المركزية للسيارة باستخدام الحاسوب (CNC) ما يصل إلى 8-10 دقائق. باستخدام أشعة ليزر فائقة السرعة تزيد قدرتها عن 100 واط، يمكن قطع زجاج بسمك 17 مم بضربة واحدة؛ ويؤدي دمج عمليات إنتاج متعددة إلى زيادة الكفاءة بنسبة 80%، حيث يعادل ليزر واحد 20 آلة CNC. هذا يُحسّن الإنتاجية بشكل كبير ويقلل تكاليف معالجة الوحدة.

تطبيقات أخرى لليزر في الزجاج

يتميز زجاج الكوارتز ببنية فريدة، مما يجعل قطعه بالليزر عملية صعبة، إلا أن ليزر الفيمتو ثانية يُستخدم في الحفر عليه. يُعد هذا أحد تطبيقات ليزر الفيمتو ثانية في عمليات التصنيع والحفر الدقيقة على زجاج الكوارتز. وتُعتبر تقنية ليزر الفيمتو ثانية من تقنيات المعالجة المتقدمة سريعة التطور في السنوات الأخيرة، إذ تتميز بدقة وسرعة معالجة فائقتين، وقادرة على الحفر والمعالجة على مستويات تتراوح من الميكرومتر إلى النانومتر على أسطح مواد متنوعة. وتتطور تقنية التبريد بالليزر تبعًا لمتطلبات السوق المتغيرة. وبصفتنا شركة مصنعة لأجهزة التبريد ذات خبرة، فإننا نحرص على تحديث منتجاتنا باستمرار. مبرد مياه خطوط الإنتاج بما يتماشى مع اتجاهات السوق، TEYU يمكن لمبردات الليزر فائقة السرعة من سلسلة CWUP من الشركة المصنعة للمبردات أن توفر حلول تبريد فعالة ومستقرة لأشعة الليزر بيكو ثانية وفيمتوثانية بقدرة تصل إلى 60 واط.

تُعدّ لحام الزجاج بالليزر تقنية حديثة ظهرت خلال العامين أو الثلاثة أعوام الماضية، وكان ظهورها الأول في ألمانيا. حاليًا، لم تُتقن هذه التقنية سوى عدد قليل من الشركات في الصين، مثل شركة هواغونغ ليزر، ومعهد شيآن للبصريات والميكانيكا الدقيقة، وشركة هاربين هيت ويلد للتكنولوجيا. تحت تأثير أشعة الليزر عالية الطاقة ذات النبضات القصيرة جدًا، تُحدث موجات الضغط الناتجة عن الليزر شقوقًا دقيقة أو تركيزات إجهاد في الزجاج، مما يُعزز الترابط بين قطعتين من الزجاج. يتميز الزجاج المُلصق بعد اللحام بمتانته العالية، وقد أصبح من الممكن بالفعل تحقيق لحام محكم بين زجاج بسماكة 3 مم. في المستقبل، يُركز الباحثون أيضًا على لحام الزجاج مع مواد أخرى. حاليًا، لم تُطبّق هذه العمليات الجديدة على نطاق واسع بعد، ولكن بمجرد نضجها، ستلعب بلا شك دورًا هامًا في بعض مجالات التطبيقات المتقدمة.