استكشاف الوضع الحالي وإمكانات معالجة الزجاج بالليزر

شهدت تكنولوجيا تصنيع الليزر تطوراً سريعاً خلال العقد الماضي، وكان تطبيقها الأساسي هو معالجة المواد المعدنية بالليزر. يعد القطع بالليزر واللحام بالليزر وتغليف المعادن بالليزر من أهم العمليات في معالجة المعادن بالليزر. ومع ذلك، مع زيادة التركيز، أصبح توحيد منتجات الليزر أمرًا شديدًا، مما يحد من نمو سوق الليزر. ولذلك، من أجل تحقيق تقدم كبير، يتعين على تطبيقات الليزر أن تتوسع إلى مجالات مادية جديدة. تشمل المواد غير المعدنية المناسبة لتطبيق الليزر الأقمشة والزجاج والبلاستيك والبوليمرات والسيراميك وغيرها. تتضمن كل مادة صناعات متعددة، ولكن تقنيات المعالجة الناضجة موجودة بالفعل، مما يجعل استبدال الليزر ليس بالمهمة السهلة.

للدخول في مجال المواد غير المعدنية، من الضروري تحليل ما إذا كان تفاعل الليزر مع المادة ممكنًا وما إذا كانت ستحدث ردود فعل سلبية. في الوقت الحالي، يبرز الزجاج كمجال رئيسي ذو قيمة مضافة عالية وإمكانات لتطبيقات معالجة الليزر على دفعات.

مساحة كبيرة لقطع الزجاج بالليزر

الزجاج هو مادة صناعية مهمة تستخدم في العديد من الصناعات مثل صناعة السيارات والبناء والطب والإلكترونيات. تتراوح تطبيقاتها من المرشحات البصرية صغيرة الحجم التي تقيس بالميكرومتر إلى الألواح الزجاجية كبيرة الحجم المستخدمة في الصناعات مثل صناعة السيارات أو البناء.

يمكن تصنيف الزجاج إلى زجاج بصري، وزجاج كوارتز، وزجاج بلوري دقيق، وزجاج ياقوت، وغيرها. إن أهم ما يميز الزجاج هو هشاشته، الأمر الذي يشكل تحديات كبيرة لطرق المعالجة التقليدية. تستخدم طرق قطع الزجاج التقليدية عادةً أدوات من سبائك صلبة أو أدوات من الماس، حيث تنقسم عملية القطع إلى خطوتين. أولاً، يتم إنشاء شق على سطح الزجاج باستخدام أداة ذات طرف ماسي أو عجلة طحن مصنوعة من سبيكة صلبة. ثانياً، يتم استخدام الوسائل الميكانيكية لفصل الزجاج على طول خط الشق. ومع ذلك، فإن هذه العمليات التقليدية لها عيوب واضحة. إنها غير فعالة نسبيًا، مما يؤدي إلى حواف غير متساوية تتطلب غالبًا تلميعًا ثانويًا، وتنتج الكثير من الحطام والغبار. علاوة على ذلك، بالنسبة لمهام مثل حفر ثقوب في منتصف الألواح الزجاجية أو قطع الأشكال غير المنتظمة، فإن الطرق التقليدية تشكل تحديًا كبيرًا. وهنا تظهر 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 تستخدم عملية قطع الزجاج بالليزر رأس تركيز بيزير لتوليد أشعة ليزر ذات ذروة عالية وكثافة داخل الزجاج. من خلال تركيز شعاع بيزير داخل الزجاج، فإنه يتبخر المادة على الفور، مما يؤدي إلى إنشاء منطقة تبخر، والتي تتوسع بسرعة لتكوين شقوق على الأسطح العلوية والسفلية. تشكل هذه الشقوق قسم القطع المكون من عدد لا يحصى من نقاط المسام الصغيرة، مما يحقق القطع من خلال كسور الإجهاد الخارجية.

مع التقدم الكبير في تكنولوجيا الليزر، زادت مستويات الطاقة أيضًا. يمكن لليزر الأخضر النانوثانية بقوة تزيد عن 20 وات أن يقطع الزجاج بفعالية، في حين أن ليزر الأشعة فوق البنفسجية بيكو ثانية بقوة تزيد عن 15 وات يقطع الزجاج الذي يقل سمكه عن 2 مم بسهولة. توجد شركات صينية قادرة على قطع الزجاج بسمك يصل إلى 17 ملم. يتميز قطع الزجاج بالليزر بالكفاءة العالية. على سبيل المثال، يستغرق قطع قطعة زجاج يبلغ قطرها 10 سم على زجاج سمكه 3 مم حوالي 10 ثوانٍ فقط باستخدام القطع بالليزر مقارنة بعدة دقائق باستخدام السكاكين الميكانيكية. تتميز الحواف المقطوعة بالليزر بأنها ناعمة، مع دقة قطع تصل إلى 30 ميكرومتر، مما يزيل الحاجة إلى التشغيل الثانوي للمنتجات الصناعية العامة.

إن قطع الزجاج بالليزر هو تطور حديث نسبيًا، إذ بدأ منذ حوالي ستة إلى سبعة أعوام. كانت صناعة تصنيع الهواتف المحمولة من بين الصناعات الأولى التي اعتمدت تقنية القطع بالليزر على أغطية زجاج الكاميرا، وشهدت طفرة مع طرح جهاز القطع بالليزر غير المرئي. مع انتشار الهواتف الذكية ذات الشاشة الكاملة، أدى القطع الدقيق بالليزر لألواح الزجاج الكبيرة للشاشة بأكملها إلى زيادة قدرة معالجة الزجاج بشكل كبير. أصبحت عملية القطع بالليزر شائعة عندما يتعلق الأمر بمعالجة مكونات الزجاج للهواتف المحمولة. وقد تم دفع هذا الاتجاه في المقام الأول من خلال المعدات الآلية لمعالجة زجاج غطاء الهاتف المحمول بالليزر، وأجهزة القطع بالليزر لعدسات حماية الكاميرا، والمعدات الذكية لحفر ركائز الزجاج بالليزر.

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

تستهلك الشاشات المثبتة على السيارات الكثير من الألواح الزجاجية، وخاصةً شاشات التحكم المركزية، وأنظمة الملاحة، وكاميرات لوحة القيادة، وما إلى ذلك. في الوقت الحاضر، تم تجهيز العديد من المركبات ذات الطاقة الجديدة بأنظمة ذكية وشاشات تحكم مركزية كبيرة الحجم. أصبحت الأنظمة الذكية قياسية في السيارات، مع شاشات كبيرة ومتعددة، فضلاً عن الشاشات المنحنية ثلاثية الأبعاد التي أصبحت تدريجياً التيار السائد في السوق. تُستخدم ألواح الغطاء الزجاجي للشاشات المثبتة على السيارات على نطاق واسع نظرًا لخصائصها الممتازة، ويمكن أن يوفر زجاج الشاشة المنحني عالي الجودة تجربة أكثر تميزًا لصناعة السيارات. ومع ذلك، فإن صلابة الزجاج العالية وهشاشته تشكل تحديًا للمعالجة.

تتطلب شاشات الزجاج المثبتة على السيارة دقة عالية، كما أن التفاوتات في المكونات الهيكلية المجمعة صغيرة جدًا. يمكن أن تؤدي الأخطاء ذات الأبعاد الكبيرة أثناء قطع الشاشات المربعة/الشريطية إلى حدوث مشكلات في التجميع. تتضمن طرق المعالجة التقليدية خطوات متعددة مثل قطع العجلات، والكسر اليدوي، وتشكيل CNC، والتشطيب، وغيرها. نظرًا لأنه معالجة ميكانيكية، فإنه يعاني من مشاكل مثل انخفاض الكفاءة، وسوء الجودة، وانخفاض معدل العائد، والتكلفة العالية. بعد قطع العجلة، يمكن أن تستغرق عملية التصنيع باستخدام الحاسب الآلي لشكل غطاء التحكم المركزي للسيارة الفردية ما يصل إلى 8-10 دقائق. بفضل الليزر فائق السرعة الذي يزيد عن 100 وات، يمكن قطع زجاج مقاس 17 مم في ضربة واحدة؛ ويؤدي دمج عمليات الإنتاج المتعددة إلى زيادة الكفاءة بنسبة 80%، حيث يعادل ليزر واحد 20 آلة CNC. يؤدي هذا إلى تحسين الإنتاجية بشكل كبير وتقليل تكاليف معالجة الوحدة.

تطبيقات أخرى لليزر في الزجاج

يتمتع زجاج الكوارتز ببنية فريدة، مما يجعل من الصعب تقسيمه وقطعه بالليزر، ولكن يمكن استخدام ليزر الفيمتوثانية للنقش على زجاج الكوارتز. هذا هو أحد تطبيقات ليزر الفيمتوثانية للتصنيع الدقيق والحفر على زجاج الكوارتز. تقنية ليزر الفيمتوثانية هي تقنية معالجة متقدمة وسريعة التطور في السنوات الأخيرة، تتميز بدقة وسرعة معالجة عالية للغاية، وقادرة على الحفر والمعالجة على مستوى الميكرومتر إلى النانومتر على أسطح مواد مختلفة  تختلف تقنية التبريد بالليزر وفقًا لمتطلبات السوق المتغيرة. باعتبارنا شركة مصنعة للمبردات ذات خبرة في تحديث منتجاتنا مبرد مياه  تماشياً مع اتجاهات السوق، يمكن لمبردات الليزر فائقة السرعة CWUP من شركة TEYU Chiller أن توفر حلول تبريد فعالة ومستقرة لليزر بيكو ثانية وفيمتوثانية بقوة تصل إلى 60 وات.

إن اللحام بالليزر للزجاج هو تقنية جديدة ظهرت في العامين أو الثلاثة أعوام الماضية، حيث ظهرت في البداية في ألمانيا. في الوقت الحاضر، هناك عدد قليل فقط من الوحدات في الصين، مثل Huagong Laser، ومعهد Xi'an للبصريات والميكانيكا الدقيقة، وHarbin Hit Weld Technology، قد اخترقت هذه التكنولوجيا. تحت تأثير أشعة الليزر النبضية فائقة السرعة وعالية الطاقة، يمكن لموجات الضغط التي تولدها أشعة الليزر أن تخلق شقوقًا دقيقة أو تركيزات إجهاد في الزجاج، مما قد يعزز الترابط بين قطعتين من الزجاج  يصبح الزجاج الملتصق بعد اللحام ثابتًا جدًا، ومن الممكن بالفعل تحقيق لحام محكم بين الزجاج بسمك 3 مم. وفي المستقبل، يركز الباحثون أيضًا على اللحام الطبقي للزجاج مع مواد أخرى. لم يتم تطبيق هذه العمليات الجديدة على نطاق واسع في الوقت الحالي، ولكن بمجرد نضجها، فمن المؤكد أنها ستلعب دورًا مهمًا في بعض مجالات التطبيق الراقية.