Explorant l'estat actual i el potencial del processament làser del vidre

La tecnologia de fabricació amb làser ha experimentat un ràpid desenvolupament durant l'última dècada, i la seva aplicació principal és el processament làser de materials metàl·lics. El tall amb làser, la soldadura amb làser i el revestiment làser de metalls es troben entre els processos més importants en el processament làser de metalls. Tanmateix, a mesura que augmenta la concentració, l'homogeneïtzació dels productes làser s'ha tornat severa, cosa que limita el creixement del mercat del làser. Per tant, per aconseguir un gran èxit, les aplicacions làser s'han d'expandir a nous dominis de materials. Els materials no metàl·lics adequats per a l'aplicació làser inclouen teixits, vidre, plàstics, polímers, ceràmica i més. Cada material implica múltiples indústries, però ja existeixen tècniques de processament madures, cosa que fa que la substitució del làser no sigui una tasca fàcil.

Per entrar en un camp de materials no metàl·lics, cal analitzar si la interacció làser amb el material és factible i si es produiran reaccions adverses. Actualment, el vidre destaca com una àrea important amb un alt valor afegit i potencial per a aplicacions de processament làser per lots.

Gran espai per al tall làser de vidre

El vidre és un material industrial important que s'utilitza en diverses indústries com l'automoció, la construcció, la medicina i l'electrònica. Les seves aplicacions van des de filtres òptics a petita escala que mesuren micròmetres fins a panells de vidre a gran escala utilitzats en indústries com l'automoció o la construcció.

El vidre es pot classificar en vidre òptic, vidre de quars, vidre microcristal·lí, vidre de safir i més. La característica significativa del vidre és la seva fragilitat, que planteja reptes importants per als mètodes de processament tradicionals. Els mètodes tradicionals de tall de vidre solen utilitzar eines d'aliatge dur o de diamant, amb el procés de tall dividit en dos passos. En primer lloc, es crea una esquerda a la superfície del vidre mitjançant una eina amb punta de diamant o una mola d'aliatge dur. En segon lloc, s'utilitzen mitjans mecànics per separar el vidre al llarg de la línia d'esquerda. Tanmateix, aquests processos tradicionals tenen inconvenients clars. Són relativament ineficients, donant lloc a vores desiguals que sovint requereixen un polit secundari, i produeixen moltes deixalles i pols. A més, per a tasques com ara perforar forats al mig dels panells de vidre o tallar formes irregulars, els mètodes tradicionals són força desafiadors. Aquí és on es fan evidents els avantatges del tall de vidre amb làser. El 2022, els ingressos per vendes de la indústria del vidre de la Xina van ser d'aproximadament 744.300 milions de iuans. La taxa de penetració de la tecnologia de tall per làser a la indústria del vidre encara es troba en la seva fase inicial, cosa que indica un espai significatiu per a l'aplicació de la tecnologia de tall per làser com a substitut.

Tall làser de vidre: des dels telèfons mòbils en endavant

El tall per làser de vidre sovint utilitza un capçal d'enfocament Bézier per generar feixos làser d'alta potència màxima i densitat dins del vidre. En enfocar el feix Bézier dins del vidre, es vaporitza instantàniament el material, creant una zona de vaporització, que s'expandeix ràpidament per formar esquerdes a les superfícies superior i inferior. Aquestes esquerdes formen la secció de tall composta per innombrables punts de porus diminuts, aconseguint tallar a través de fractures per tensió externes.

Amb els avenços significatius en la tecnologia làser, els nivells de potència també han augmentat. Un làser verd de nanosegons amb més de 20 W de potència pot tallar vidre eficaçment, mentre que un làser ultraviolat de picosegons amb més de 15 W de potència talla sense esforç vidre de menys de 2 mm de gruix. Hi ha empreses xineses que poden tallar vidre de fins a 17 mm de gruix. El tall de vidre per làser compta amb una alta eficiència. Per exemple, tallar una peça de vidre de 10 cm de diàmetre sobre un vidre de 3 mm de gruix només triga uns 10 segons amb el tall per làser en comparació amb els diversos minuts amb els ganivets mecànics. Les vores tallades per làser són suaus, amb una precisió d'osca de fins a 30 μm, eliminant la necessitat de mecanitzat secundari per a productes industrials generals.

El tall per làser del vidre és un desenvolupament relativament recent, que va començar fa uns sis o set anys. La indústria de fabricació de telèfons mòbils va ser una de les primeres a adoptar-lo, utilitzant el tall per làser en cobertes de vidre de càmeres i experimentant un auge amb la introducció d'un dispositiu de tall per invisibilitat làser. Amb la popularitat dels telèfons intel·ligents de pantalla completa, el tall per làser precís de panells de vidre de pantalla gran ha augmentat significativament la capacitat de processament del vidre. El tall per làser s'ha convertit en habitual quan es tracta del processament de components de vidre per a telèfons mòbils. Aquesta tendència ha estat impulsada principalment per equips automatitzats per al processament per làser de cobertes de vidre de telèfons mòbils, dispositius de tall per làser per a lents de protecció de càmeres i equips intel·ligents per a la perforació per làser de substrats de vidre.

El vidre de pantalla electrònica muntat al cotxe està adoptant gradualment el tall per làser

Les pantalles muntades als cotxes consumeixen molts panells de vidre, especialment per a les pantalles de control central, els sistemes de navegació, les càmeres del salpicader, etc. Avui dia, molts vehicles de nova energia estan equipats amb sistemes intel·ligents i pantalles de control central sobredimensionades. Els sistemes intel·ligents s'han convertit en estàndard en els automòbils, amb pantalles grans i múltiples, així com les pantalles corbes en 3D que es converteixen gradualment en la corrent principal del mercat. Els panells de cobertura de vidre per a les pantalles muntades als cotxes s'utilitzen àmpliament per les seves excel·lents característiques, i un vidre de pantalla corba d'alta qualitat pot proporcionar una experiència més definitiva per a la indústria de l'automòbil. Tanmateix, l'alta duresa i fragilitat del vidre representen un repte per al processament.

Les pantalles de vidre muntades en cotxes requereixen una alta precisió i les toleràncies dels components estructurals muntats són molt petites. Els grans errors dimensionals durant el tall de pantalles quadrades/de barres poden provocar problemes de muntatge. Els mètodes de processament tradicionals impliquen múltiples passos com ara el tall de rodes, el trencament manual, la conformació CNC i el bisellatge, entre d'altres. Com que és un processament mecànic, pateix problemes com ara baixa eficiència, mala qualitat, baixa taxa de rendiment i alt cost. Després del tall de rodes, el mecanitzat CNC d'una sola forma de vidre de coberta de control central de cotxe pot trigar fins a 8-10 minuts. Amb làsers ultraràpids de més de 100 W, es pot tallar un vidre de 17 mm d'una sola vegada; la integració de múltiples processos de producció augmenta l'eficiència en un 80%, on 1 làser equival a 20 màquines CNC. Això millora considerablement la productivitat i redueix els costos de processament unitari.

Altres aplicacions dels làsers en vidre

El vidre de quars té una estructura única, cosa que dificulta el tall per divisió amb làsers, però els làsers de femtosegons es poden utilitzar per gravar vidre de quars. Aquesta és una aplicació dels làsers de femtosegons per al mecanitzat de precisió i el gravat de vidre de quars. La tecnologia làser de femtosegons és una tecnologia de processament avançada en ràpid desenvolupament en els darrers anys, amb una precisió i velocitat de processament extremadament altes, capaç de gravar i processar a nivell de micròmetre a nanometre en diverses superfícies de materials. La tecnologia de refrigeració per làser varia amb les demandes canviants del mercat. Com a fabricant de refrigeradors experimentat que actualitza les nostres línies de producció de refrigeradors d'aigua d'acord amb les tendències del mercat, els refrigeradors làser ultraràpids de la sèrie CWUP del fabricant de refrigeradors TEYU poden proporcionar solucions de refrigeració eficients i estables per a làsers de picosegons i femtosegons amb fins a 60 W.

La soldadura làser de vidre és una nova tecnologia que ha sorgit en els darrers dos o tres anys, inicialment a Alemanya. Actualment, només unes poques unitats a la Xina, com ara Huagong Laser, l'Institut d'Òptica i Mecànica Fina de Xi'an i Harbin Hit Weld Technology, han trencat amb aquesta tecnologia. Sota l'acció de làsers d'alta potència i polsos ultracurts, les ones de pressió generades pels làsers poden crear microesquerdes o concentracions d'estrès al vidre, cosa que pot promoure la unió entre dues peces de vidre. El vidre unit després de la soldadura és molt ferm, i ja és possible aconseguir una soldadura ajustada entre vidres de 3 mm de gruix. En el futur, els investigadors també se centren en la soldadura superposada de vidre amb altres materials. Actualment, aquests nous processos encara no s'han aplicat àmpliament per lots, però un cop madurats, sens dubte tindran un paper important en alguns camps d'aplicació d'alta gamma.