استكشاف الوضع الحالي وإمكانات معالجة الزجاج بالليزر

شهدت تكنولوجيا تصنيع الليزر تطورًا سريعًا خلال العقد الماضي، حيثُ تُركّز تطبيقاتها الرئيسية على معالجة المواد المعدنية بالليزر. يُعدّ القطع واللحام وتغليف المعادن بالليزر من أهمّ العمليات في معالجة المعادن بالليزر. ومع ذلك، مع زيادة التركيز، أصبح تجانس منتجات الليزر أمرًا صعبًا، مما حدّ من نمو سوق الليزر. لذلك، لتحقيق اختراقات، يجب أن تتوسّع تطبيقات الليزر لتشمل مجالات مواد جديدة. تشمل المواد غير المعدنية المناسبة لتطبيقات الليزر الأقمشة والزجاج والبلاستيك والبوليمرات والسيراميك وغيرها. تشمل كل مادة صناعات متعددة، ولكن توجد بالفعل تقنيات معالجة متطورة، مما يجعل استبدال الليزر مهمةً صعبة.

للدخول في مجال المواد غير المعدنية، من الضروري تحليل مدى إمكانية تفاعل الليزر مع المادة، وما إذا كانت ستحدث تفاعلات ضارة. حاليًا، يبرز الزجاج كمجال رئيسي ذي قيمة مضافة عالية وإمكانات لتطبيقات المعالجة بالليزر بالدفعات.

مساحة كبيرة لقطع الزجاج بالليزر

الزجاج مادة صناعية مهمة تُستخدم في صناعات متنوعة، مثل صناعة السيارات والبناء والطب والإلكترونيات. وتتراوح تطبيقاته بين المرشحات البصرية صغيرة الحجم التي تُقاس بالميكرومتر، وألواح الزجاج كبيرة الحجم المستخدمة في صناعات مثل صناعة السيارات والبناء.

يمكن تصنيف الزجاج إلى زجاج بصري، وزجاج كوارتز، وزجاج دقيق التبلور، وزجاج ياقوت، وغيرها. ومن أهم خصائص الزجاج هشاشته، مما يُشكل تحديًا كبيرًا لطرق المعالجة التقليدية. تستخدم طرق قطع الزجاج التقليدية عادةً أدوات من سبائك صلبة أو أدوات من الماس، وتنقسم عملية القطع إلى خطوتين. أولًا، يُحدث شق على سطح الزجاج باستخدام أداة ذات رأس ماسي أو عجلة طحن من سبائك صلبة. ثانيًا، تُستخدم وسائل ميكانيكية لفصل الزجاج على طول خط الشق. ومع ذلك، فإن لهذه العمليات التقليدية عيوبًا واضحة. فهي غير فعالة نسبيًا، مما ينتج عنه حواف غير مستوية تتطلب غالبًا تلميعًا ثانويًا، وتنتج الكثير من الحطام والغبار. علاوة على ذلك، تُمثل الطرق التقليدية تحديًا كبيرًا لمهام مثل حفر ثقوب في منتصف ألواح الزجاج أو قطع الأشكال غير المنتظمة. وهنا تتجلى مزايا قطع الزجاج بالليزر. في عام 2022، بلغت إيرادات مبيعات صناعة الزجاج في الصين حوالي 744.3 مليار يوان. إن معدل انتشار تقنية القطع بالليزر في صناعة الزجاج لا يزال في مراحله الأولية، مما يشير إلى وجود مساحة كبيرة لتطبيق تقنية القطع بالليزر كبديل.

قطع الزجاج بالليزر: من الهواتف المحمولة فصاعدًا

غالبًا ما يستخدم قطع الزجاج بالليزر رأس تركيز بيزير لتوليد أشعة ليزر عالية الطاقة والكثافة داخل الزجاج. بتركيز شعاع بيزير داخل الزجاج، يُبخّر المادة فورًا، مُشكّلًا منطقة تبخّر تتمدد بسرعة لتُشكّل شقوقًا على السطحين العلوي والسفلي. تُشكّل هذه الشقوق قسم القطع المُكوّن من عدد لا يُحصى من المسامات الصغيرة، مما يُتيح القطع عبر كسور الإجهاد الخارجية.

مع التقدم الكبير في تكنولوجيا الليزر، ازدادت أيضًا مستويات الطاقة. يستطيع ليزر أخضر نانوثانية بقوة تزيد عن 20 واط قطع الزجاج بفعالية، بينما يقطع ليزر فوق بنفسجي بيكو ثانية بقوة تزيد عن 15 واط الزجاج الذي يقل سمكه عن 2 مم بسهولة. وتوجد شركات صينية قادرة على قطع الزجاج حتى سمك 17 مم. يتميز قطع الزجاج بالليزر بكفاءة عالية. على سبيل المثال، يستغرق قطع قطعة زجاج قطرها 10 سم على زجاج بسمك 3 مم حوالي 10 ثوانٍ فقط باستخدام القطع بالليزر، مقارنةً بعدة دقائق باستخدام السكاكين الميكانيكية. تتميز الحواف المقطوعة بالليزر بالنعومة، ودقة الشق تصل إلى 30 ميكرومتر، مما يُغني عن الحاجة إلى المعالجة الثانوية للمنتجات الصناعية العامة.

يُعدّ قطع الزجاج بالليزر تطورًا حديثًا نسبيًا، إذ بدأ قبل حوالي ست إلى سبع سنوات. وكانت صناعة الهواتف المحمولة من أوائل الشركات التي اعتمدت هذه التقنية، حيث استخدمتها في قطع أغطية زجاج الكاميرات، وشهدت طفرةً مع طرح جهاز القطع بالليزر غير المرئي. ومع شيوع الهواتف الذكية ذات الشاشات الكاملة، عزز القطع الدقيق بالليزر لألواح الزجاج الكبيرة ذات الشاشات الكبيرة قدرة معالجة الزجاج بشكل كبير. وأصبح القطع بالليزر شائعًا في معالجة مكونات الزجاج للهواتف المحمولة. ويعود هذا التوجه بشكل رئيسي 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.

تعتمد شاشات الزجاج الإلكترونية المثبتة على السيارات تدريجيًا على تقنية القطع بالليزر

تستهلك شاشات السيارات الكثير من الألواح الزجاجية، خاصةً لشاشات التحكم المركزية، وأنظمة الملاحة، وكاميرات لوحة القيادة، وغيرها. في الوقت الحاضر، تُجهّز العديد من مركبات الطاقة الجديدة بأنظمة ذكية وشاشات تحكم مركزية كبيرة الحجم. أصبحت الأنظمة الذكية معيارًا أساسيًا في السيارات، مع شاشات كبيرة ومتعددة، بالإضافة إلى الشاشات المنحنية ثلاثية الأبعاد التي أصبحت تدريجيًا شائعة في السوق. تُستخدم ألواح التغطية الزجاجية لشاشات السيارات على نطاق واسع نظرًا لخصائصها الممتازة، ويمكن لزجاج الشاشة المنحني عالي الجودة أن يوفر تجربة أكثر تميزًا لصناعة السيارات. ومع ذلك، تُشكّل صلابة الزجاج العالية وهشاشته تحديًا في المعالجة.

تتطلب شاشات الزجاج المثبتة على السيارات دقة عالية، وتكون تفاوتات المكونات 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 قطع العجلات، والكسر اليدوي، والتشكيل باستخدام الحاسب الآلي، والتشطيب، وغيرها. ونظرًا لأنها معالجة ميكانيكية، فإنها تعاني من مشاكل مثل انخفاض الكفاءة، ورداءة الجودة، وانخفاض معدل الإنتاج، وارتفاع التكلفة. بعد قطع العجلات، يمكن أن تستغرق عملية تصنيع غطاء زجاجي واحد للتحكم المركزي في السيارة باستخدام الحاسب الآلي ما يصل إلى 8-10 دقائق. باستخدام ليزر فائق السرعة بقوة تزيد 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. وهذا يُحسّن الإنتاجية بشكل كبير ويُقلل من تكاليف معالجة الوحدة.

تطبيقات أخرى لليزر في الزجاج

يتميز زجاج الكوارتز بتركيبة فريدة، مما يجعل تقطيعه بالليزر صعبًا، ولكن يمكن استخدام ليزر الفيمتوثانية للنقش على زجاج الكوارتز. يُعد هذا تطبيقًا لليزر الفيمتوثانية للتشغيل الآلي الدقيق والنقش على زجاج الكوارتز. تُعد تقنية ليزر الفيمتوثانية تقنية معالجة متقدمة وسريعة التطور في السنوات الأخيرة، تتميز بدقة وسرعة معالجة فائقتين، وقادرة على النقش والمعالجة بمستوى الميكرومتر إلى النانومتر على أسطح مواد مختلفة. تتنوع تقنية التبريد بالليزر مع تغير متطلبات السوق. بصفتنا شركة مصنعة ذات خبرة في تصنيع المبردات، نعمل على تحديث خطوط إنتاج مبردات المياه لدينا بما يتماشى مع اتجاهات السوق، توفر مبردات الليزر فائقة السرعة CWUP-Series من شركة TEYU Chiller Company حلول تبريد فعالة ومستقرة لليزرات بيكو ثانية وفيمتوثانية بقدرة تصل إلى 60 واط.

لحام الزجاج بالليزر هو تقنية جديدة ظهرت في العامين أو الثلاثة أعوام الماضية، وظهرت في البداية في ألمانيا. حاليًا، لم تخترق هذه التقنية سوى وحدات قليلة في الصين، مثل هواغونغ ليزر، ومعهد شيآن للبصريات والميكانيكا الدقيقة، وهاربين هيت ويلد تكنولوجي. تحت تأثير ليزر النبضات القصيرة جدًا وعالية الطاقة، يمكن لموجات الضغط الناتجة عن الليزر أن تُحدث شقوقًا دقيقة أو تركيزات إجهاد في الزجاج، مما قد يعزز الترابط بين قطعتين من الزجاج. الزجاج الملتصق بعد اللحام يكون متينًا للغاية، ومن الممكن بالفعل تحقيق لحام محكم بين زجاج بسمك 3 مم. في المستقبل، يركز الباحثون أيضًا على اللحام المتراكب للزجاج مع مواد أخرى. حاليًا، لم يتم تطبيق هذه العمليات الجديدة على نطاق واسع على دفعات، ولكن بمجرد نضجها، ستلعب بلا شك دورًا مهمًا في بعض مجالات التطبيقات المتطورة.