Вывучэнне сучаснага стану і патэнцыялу лазернай апрацоўкі шкла

Тэхналогія лазернай вытворчасці хутка развівалася за апошняе дзесяцігоддзе, прычым яе асноўным прымяненнем з'яўляецца лазерная апрацоўка металічных матэрыялаў. Лазерная рэзка, лазерная зварка і лазернае плакаванне металаў з'яўляюцца аднымі з найважнейшых працэсаў у лазернай апрацоўцы металаў. Аднак па меры павелічэння канцэнтрацыі гамагенізацыя лазерных вырабаў становіцца значнай, што абмяжоўвае рост рынку лазераў. Такім чынам, каб прарвацца на рынак, лазерныя прымяненні павінны пашырыцца ў новыя матэрыяльныя вобласці. Да неметалічных матэрыялаў, прыдатных для лазернага прымянення, адносяцца тканіны, шкло, пластмасы, палімеры, кераміка і іншыя. Кожны матэрыял уключае ў сябе мноства галін прамысловасці, але ўжо існуюць развітыя тэхналогіі апрацоўкі, што робіць замену лазера няпростай задачай.

Каб пачаць працаваць у галіне неметалічных матэрыялаў, неабходна прааналізаваць, ці магчыма ўзаемадзеянне лазера з матэрыялам і ці будуць узнікаць пабочныя рэакцыі. У цяперашні час шкло вылучаецца як асноўная галіна з высокай дабаўленай вартасцю і патэнцыялам для прымянення ў пакетнай лазернай апрацоўцы.

Вялікая прастора для лазернай рэзкі шкла

Шкло — важны прамысловы матэрыял, які выкарыстоўваецца ў розных галінах прамысловасці, такіх як аўтамабілебудаванне, будаўніцтва, медыцына і электроніка. Яго прымяненне вар'іруецца ад дробных аптычных фільтраў, якія вымяраюць мікраметры, да буйных шкляных панэляў, якія выкарыстоўваюцца ў такіх галінах, як аўтамабілебудаванне або будаўніцтва.

Шкло можна падзяліць на аптычнае, кварцавае, мікракрышталічнае, сапфіравае і іншыя віды. Адметнай рысай шкла з'яўляецца яго далікатнасць, што стварае значныя праблемы для традыцыйных метадаў апрацоўкі. Традыцыйныя метады рэзкі шкла звычайна выкарыстоўваюць цвёрдыя сплаўныя або алмазныя інструменты, прычым працэс рэзкі падзелены на два этапы. Па-першае, на паверхні шкла з дапамогай алмазнага інструмента або шліфавальнага круга з цвёрдага сплаву ствараецца расколіна. Па-другое, для падзелу шкла ўздоўж лініі расколіны выкарыстоўваюцца механічныя сродкі. Аднак гэтыя традыцыйныя працэсы маюць відавочныя недахопы. Яны адносна неэфектыўныя, у выніку атрымліваюцца няроўныя краю, якія часта патрабуюць другаснай паліроўкі, і ўтвараюць шмат смецця і пылу. Акрамя таго, для такіх задач, як свідраванне адтулін у сярэдзіне шкляных панэляў або рэзка няправільных формаў, традыцыйныя метады даволі складаныя. Менавіта тут становяцца відавочнымі перавагі лазернай рэзкі шкла. У 2022 годзе даход ад продажаў у шкляной прамысловасці Кітая склаў прыблізна 744,3 мільярда юаняў. Узровень пранікнення тэхналогіі лазернай рэзкі ў шкляную прамысловасць усё яшчэ знаходзіцца на пачатковай стадыі, што сведчыць аб значнай прасторы для прымянення тэхналогіі лазернай рэзкі ў якасці замены.

Лазерная рэзка шкла: ад мабільных тэлефонаў і далей

Для лазернай рэзкі шкла часта выкарыстоўваецца факусуючая галоўка Без'е для генерацыі лазерных прамянёў высокай пікавай магутнасці і шчыльнасці ўнутры шкла. Факусуючы прамень Без'е ўнутры шкла, ён імгненна выпарае матэрыял, ствараючы зону выпарэння, якая хутка пашыраецца, утвараючы расколіны на верхняй і ніжняй паверхнях. Гэтыя расколіны ўтвараюць рэжучую частку, якая складаецца з незлічоных дробных кропак пор, што дазваляе рэзаць праз знешнія расколіны ад напружання.

Дзякуючы значнаму прагрэсу ў лазерных тэхналогіях, узровень магутнасці таксама павялічыўся. Нанасекундны зялёны лазер магутнасцю больш за 20 Вт можа эфектыўна рэзаць шкло, у той час як пікасекундны ультрафіялетавы лазер магутнасцю больш за 15 Вт без асаблівых высілкаў рэжа шкло таўшчынёй да 2 мм. Існуюць кітайскія прадпрыемствы, якія могуць рэзаць шкло таўшчынёй да 17 мм. Лазерная рэзка шкла адрозніваецца высокай эфектыўнасцю. Напрыклад, рэзка кавалка шкла дыяметрам 10 см на шкле таўшчынёй 3 мм з дапамогай лазернай рэзкі займае ўсяго каля 10 секунд у параўнанні з некалькімі хвілінамі пры выкарыстанні механічных нажоў. Краі, атрыманыя пры лазернай рэзцы, гладкія, з дакладнасцю надрэзу да 30 мкм, што выключае неабходнасць другаснай апрацоўкі для агульнапрамысловай прадукцыі.

Лазерная рэзка шкла — гэта адносна нядаўняя распрацоўка, якая пачалася каля шасці-семі гадоў таму. Вытворчасць мабільных тэлефонаў была сярод першых, хто пачаў выкарыстоўваць лазерную рэзку для шкляных панэляў камер, і перажыла ўсплёск з з'яўленнем прылады для лазернай рэзкі, якая робіць яе нябачнай. З папулярнасцю поўнаэкранных смартфонаў дакладная лазерная рэзка цэлых шкляных панэляў з вялікім экранам значна павялічыла магутнасці па апрацоўцы шкла. Лазерная рэзка стала распаўсюджанай з'явай, калі гаворка ідзе пра апрацоўку шкляных кампанентаў для мабільных тэлефонаў. Гэтая тэндэнцыя ў першую чаргу абумоўлена аўтаматызаваным абсталяваннем для лазернай апрацоўкі шкла вокладак мабільных тэлефонаў, прыладамі для лазернай рэзкі ахоўных лінзаў камер і інтэлектуальным абсталяваннем для лазернага свідравання шкляных падкладак.

Аўтамабільнае шкло для электронных экранаў паступова пераходзіць на лазерную рэзку

Аўтамабільныя экраны спажываюць шмат шкляных панэляў, асабліва для цэнтральных экранаў кіравання, навігацыйных сістэм, відэарэгістратараў і г.д. У наш час многія аўтамабілі на новых крыніцах энергіі абсталяваны інтэлектуальнымі сістэмамі і павялічанымі цэнтральнымі экранамі кіравання. Інтэлектуальныя сістэмы сталі стандартам у аўтамабілях, прычым вялікія і шматэкранныя экраны, а таксама выгнутыя 3D-экраны паступова становяцца мэйнстрымам на рынку. Шкляныя панэлі для аўтамабільных экранаў шырока выкарыстоўваюцца дзякуючы сваім выдатным характарыстыкам, а выгнутае шкло высокай якасці можа забяспечыць больш якасны вопыт для аўтамабільнай прамысловасці. Аднак высокая цвёрдасць і далікатнасць шкла ствараюць праблемы з апрацоўкай.

Шкляныя экраны, усталяваныя ў аўтамабілі, патрабуюць высокай дакладнасці, а дапушчальныя адхіленні сабраных канструкцыйных кампанентаў вельмі малыя. Вялікія памылкі памераў падчас разразання квадратных/прутковых экранаў могуць прывесці да праблем са зборкай. Традыцыйныя метады апрацоўкі ўключаюць некалькі этапаў, такіх як рэзка колаў, ручное разломванне, фармаванне на станках з ЧПУ і зняцце фаскі, сярод іншага. Паколькі гэта механічная апрацоўка, яна пакутуе ад такіх праблем, як нізкая эфектыўнасць, нізкая якасць, нізкі выхад і высокі кошт. Пасля рэзкі колаў апрацоўка адной формы шкла цэнтральнага шкла кіравання аўтамабілем на станках з ЧПУ можа заняць да 8-10 хвілін. З дапамогай звышхуткіх лазераў магутнасцю больш за 100 Вт шкло таўшчынёй 17 мм можна разрэзаць за адзін ход; інтэграцыя некалькіх вытворчых працэсаў павялічвае эфектыўнасць на 80%, дзе 1 лазер роўны 20 станкам з ЧПУ. Гэта значна павышае прадукцыйнасць і зніжае выдаткі на апрацоўку адзінкі.

Іншыя сферы прымянення лазераў у шкле

Кварцавае шкло мае ўнікальную структуру, што ўскладняе яго раскол і рэзку лазерамі, але фемтасекундныя лазеры можна выкарыстоўваць для травлення кварцавага шкла. Гэта прымяненне фемтасекундных лазераў для дакладнай апрацоўкі і травлення кварцавага шкла. Фемтасекундная лазерная тэхналогія - гэта хутка развіваемая перадавая тэхналогія апрацоўкі ў апошнія гады, з надзвычай высокай дакладнасцю і хуткасцю апрацоўкі, здольная травіць і апрацоўваць розныя матэрыялы на мікраметровым і нанаметровым узроўнях. Тэхналогія лазернага астуджэння змяняецца ў залежнасці ад зменлівых патрабаванняў рынку. Як вопытны вытворца чылераў, які абнаўляе свае вытворчыя лініі вадзяных чылераў у адпаведнасці з рынкавымі тэндэнцыямі, звышхуткія лазерныя чылеры серыі CWUP ад вытворцы чылераў TEYU могуць забяспечыць эфектыўныя і стабільныя рашэнні для астуджэння пікасекундных і фемтасекундных лазераў магутнасцю да 60 Вт.

Лазерная зварка шкла — гэта новая тэхналогія, якая з'явілася ў апошнія два-тры гады, спачатку ў Германіі. У цяперашні час толькі некалькі прадпрыемстваў у Кітаі, такія як Huagong Laser, Сіаньскі інстытут оптыкі і дакладнай механікі і Harbin Hit Weld Technology, прарвалі гэтую тэхналогію. Пад уздзеяннем магутных лазераў з ультракароткімі імпульсамі хвалі ціску, якія генеруюцца лазерамі, могуць ствараць мікратрэшчыны або канцэнтрацыі напружанняў у шкле, што можа спрыяць злучэнню паміж двума кавалкамі шкла. Злучанае шкло пасля зваркі вельмі трывалае, і ўжо цяпер можна дасягнуць шчыльнага зварвання паміж шклом таўшчынёй 3 мм. У будучыні даследчыкі таксама засяродзяцца на накладной зварцы шкла з іншымі матэрыяламі. У цяперашні час гэтыя новыя працэсы яшчэ не шырока ўжываюцца ў партыях, але пасля таго, як яны будуць распрацаваны, яны, несумненна, будуць адыгрываць важную ролю ў некаторых галінах высокага класа.