Udforskning af den nuværende status og potentiale inden for glaslaserbehandling

Laserfremstillingsteknologi har gennemgået en hurtig udvikling i løbet af det seneste årti, hvor den primære anvendelse er laserbearbejdning af metalmaterialer. Laserskæring, lasersvejsning og laserbeklædning af metaller er blandt de vigtigste processer inden for metallaserbearbejdning. Men i takt med at koncentrationen stiger, er homogeniseringen af laserprodukter blevet alvorlig, hvilket begrænser væksten på lasermarkedet. Derfor skal laserapplikationer for at bryde igennem udvides til nye materialedomæner. Ikke-metalliske materialer, der er egnede til laserapplikationer, omfatter tekstiler, glas, plast, polymerer, keramik og mere. Hvert materiale involverer flere industrier, men der findes allerede modne forarbejdningsteknikker, hvilket gør lasersubstitution ikke til en nem opgave.

For at komme ind på et område med ikke-metalliske materialer er det nødvendigt at analysere, om laserinteraktion med materialet er mulig, og om der vil opstå bivirkninger. I øjeblikket fremstår glas som et vigtigt område med høj merværdi og potentiale for batch-laserbehandlingsapplikationer.

Stor plads til glaslaserskæring

Glas er et vigtigt industrielt materiale, der anvendes i forskellige industrier såsom bilindustrien, byggeriet, medicinalindustrien og elektronik. Dens anvendelser spænder fra små optiske filtre, der måler mikrometer, til store glaspaneler, der anvendes i industrier som bilindustrien eller byggeriet.

Glas kan opdeles i optisk glas, kvartsglas, mikrokrystallinsk glas, safirglas og mere. Glass væsentligste egenskab er dets sprødhed, hvilket udgør betydelige udfordringer for traditionelle forarbejdningsmetoder. Traditionelle glasskæremetoder bruger typisk hårdlegering eller diamantværktøj, hvor skæreprocessen er opdelt i to trin. Først laves en revne på glasoverfladen ved hjælp af et diamantbelagt værktøj eller en slibeskive af hårdlegering. For det andet anvendes mekaniske midler til at adskille glasset langs revnelinjen. Disse traditionelle processer har dog klare ulemper. De er relativt ineffektive, hvilket resulterer i ujævne kanter, der ofte kræver sekundær polering, og de producerer en masse snavs og støv. Derudover er traditionelle metoder ret udfordrende til opgaver som at bore huller i midten af glaspaneler eller skære uregelmæssige former. Det er her, fordelene ved laserskæring af glas bliver tydelige I 2022 var Kinas glasindustris salgsindtægter cirka 744,3 milliarder yuan. Penetrationsraten for laserskæreteknologi i glasindustrien er stadig i sin indledende fase, hvilket indikerer et betydeligt rum for anvendelse af laserskæreteknologi som erstatning.

Glaslaserskæring: Fra mobiltelefoner og fremefter

Glaslaserskæring bruger ofte et Bezier-fokuseringshoved til at generere laserstråler med høj spidseffekt og tæthed i glasset. Ved at fokusere Bezier-strålen inde i glasset fordamper den materialet øjeblikkeligt og skaber en fordampningszone, som hurtigt udvider sig og danne revner på de øvre og nedre overflader. Disse revner danner skæresektionen, der består af utallige små porepunkter, der opnår skæring gennem eksterne spændingsbrud.

Med betydelige fremskridt inden for laserteknologi er effektniveauet også steget. En nanosekund grøn laser med over 20 W effekt kan effektivt skære glas, mens en picosekund ultraviolet laser med over 15 W effekt ubesværet skærer glas under 2 mm tykkelse. Der findes kinesiske virksomheder, der kan skære glas op til 17 mm tykkelse. Laserskærende glas har høj effektivitet. For eksempel tager det kun omkring 10 sekunder at skære et glasstykke med en diameter på 10 cm på et 3 mm tykt glas med laserskæring sammenlignet med flere minutter med mekaniske knive. Laserskårne kanter er glatte med en kærvnøjagtighed på op til 30 μm, hvilket eliminerer behovet for sekundær bearbejdning af generelle industriprodukter.

Laserskærende glas er en relativt ny udvikling, der startede for omkring seks til syv år siden. Mobiltelefonindustrien var blandt de tidlige brugere, der brugte laserskæring på kameraglasdæksler og oplevede en stigning med introduktionen af en laserskæreenhed til usynlighed. Med populariteten af ​​fuldskærms-smartphones har præcis laserskæring af hele store glaspaneler øget glasforarbejdningskapaciteten betydeligt. Laserskæring er blevet almindeligt, når det kommer til bearbejdning af glaskomponenter til mobiltelefoner. Denne tendens er primært blevet drevet af automatiseret udstyr til laserbearbejdning af mobiltelefoners dækglas, laserskæreenheder til kamerabeskyttelseslinser og intelligent udstyr til laserboring i glassubstrater.

Bilmonteret elektronisk skærmglas anvender gradvist laserskæring

Skærme monteret i biler bruger mange glaspaneler, især til centrale kontrolskærme, navigationssystemer, dashcams osv. I dag er mange nye energikøretøjer udstyret med intelligente systemer og overdimensionerede centrale kontrolskærme. Intelligente systemer er blevet standard i biler, hvor store og flere skærme, samt 3D-buede skærme, gradvist er blevet mainstream på markedet. Glasafdækningspaneler til bilmonterede skærme anvendes i vid udstrækning på grund af deres fremragende egenskaber, og et buet skærmglas af høj kvalitet kan give en mere ultimativ oplevelse for bilindustrien. Glassets høje hårdhed og sprødhed udgør dog en udfordring for forarbejdningen.

Glasskærme monteret i biler kræver høj præcision, og tolerancerne for de samlede strukturelle komponenter er meget små. Store dimensionsfejl under skæring af firkantede/stangformede skærme kan føre til samlingsproblemer. Traditionelle bearbejdningsmetoder involverer flere trin såsom hjulskæring, manuel opbrydning, CNC-formning og affasning, blandt andre. Da det er mekanisk forarbejdning, lider det af problemer som lav effektivitet, dårlig kvalitet, lavt udbytte og høje omkostninger. Efter hjulskæring kan CNC-bearbejdning af en enkelt bils centrale styreglasform tage op til 8-10 minutter. Med ultrahurtige lasere på over 100 W kan 17 mm glas skæres i ét strøg; integration af flere produktionsprocesser øger effektiviteten med 80 %, hvor 1 laser svarer til 20 CNC-maskiner. Dette forbedrer produktiviteten betydeligt og reducerer enhedsomkostningerne.

Andre anvendelser af lasere i glas

Kvartsglas har en unik struktur, hvilket gør det vanskeligt at splitskære med lasere, men femtosekundlasere kan bruges til ætsning på kvartsglas. Dette er en anvendelse af femtosekundlasere til præcisionsbearbejdning og ætsning på kvartsglas. Femtosekundlaserteknologi er en avanceret behandlingsteknologi, der er i hastig udvikling i de senere år, med ekstremt høj behandlingspræcision og -hastighed, der er i stand til ætsning og behandling på mikrometer- til nanometerniveau på forskellige materialeoverflader.  Laserkøleteknologi varierer med de skiftende markedskrav. Som en erfaren køleproducent, der opdaterer vores vandkøler  I tråd med markedstendenserne kan TEYU Chiller Manufacturers CWUP-serie ultrahurtige laserkølere levere effektive og stabile køleløsninger til picosekund- og femtosekundlasere med op til 60 W.

Lasersvejsning af glas er en ny teknologi, der er opstået i de sidste to til tre år, først og fremmest i Tyskland. I øjeblikket er det kun få enheder i Kina, såsom Huagong Laser, Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics og Harbin Hit Weld Technology, der har gennembrudt denne teknologi. Under påvirkning af højtydende, ultrakorte pulslasere kan de trykbølger, der genereres af lasere, skabe mikrorevner eller spændingskoncentrationer i glasset, hvilket kan fremme binding mellem to glasstykker.  Det sammenflettede glas er meget fast efter svejsning, og det er allerede muligt at opnå tæt svejsning mellem 3 mm tykt glas. I fremtiden fokuserer forskere også på overlapsvejsning af glas med andre materialer. I øjeblikket er disse nye processer endnu ikke blevet bredt anvendt i batcher, men når de er modnet, vil de utvivlsomt spille en vigtig rolle inden for nogle avancerede applikationsfelter.