Control preciso de temperatura para sistemas láser y aplicaciones industriales desde 2002
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Actualmente, el vidrio destaca como un área importante con alto valor añadido y potencial para aplicaciones de procesamiento láser por lotes. La tecnología láser de femtosegundo es una tecnología de procesamiento avanzada que se está desarrollando rápidamente en los últimos años, con una precisión y velocidad de procesamiento extremadamente altas, capaz de grabar y procesar a nivel micrométrico a nanométrico en diversas superficies de materiales (incluido el procesamiento láser de vidrio).
La tecnología de fabricación por láser ha experimentado un rápido desarrollo durante la última década, siendo su aplicación principal el procesamiento por láser de materiales metálicos. El corte por láser, la soldadura por láser y el revestimiento de metales por láser se encuentran entre los procesos más importantes en el procesamiento por láser de metales. Sin embargo, a medida que aumenta la concentración, la homogeneización de los productos láser se ha vuelto severa, lo que limita el crecimiento del mercado del láser. Por lo tanto, para abrirse paso, las aplicaciones del láser deben expandirse a nuevos dominios de materiales. Los materiales no metálicos adecuados para la aplicación láser incluyen telas, vidrio, plásticos, polímeros, cerámicas y más. Cada material involucra múltiples industrias, pero ya existen técnicas de procesamiento maduras, lo que hace que la sustitución del láser no sea una tarea fácil.
Para ingresar al campo de los materiales no metálicos, es necesario analizar si la interacción del láser con el material es factible y si se producirán reacciones adversas. Actualmente, el vidrio destaca como un área importante con alto valor añadido y potencial para aplicaciones de procesamiento láser por lotes.
Gran espacio para corte por láser de vidrio
El vidrio es un material industrial importante utilizado en diversas industrias, como la automotriz, la construcción, la médica y la electrónica. Sus aplicaciones van desde filtros ópticos de pequeña escala que miden micrómetros hasta paneles de vidrio de gran escala utilizados en industrias como la automoción o la construcción.
El vidrio se puede clasificar en vidrio óptico, vidrio de cuarzo, vidrio microcristalino, vidrio de zafiro y más. La característica importante del vidrio es su fragilidad, lo que plantea importantes desafíos para los métodos de procesamiento tradicionales. Los métodos tradicionales de corte de vidrio suelen utilizar herramientas de aleación dura o de diamante, y el proceso de corte se divide en dos pasos. En primer lugar, se crea una grieta en la superficie del vidrio utilizando una herramienta con punta de diamante o una muela abrasiva de aleación dura. En segundo lugar, se emplean medios mecánicos para separar el vidrio a lo largo de la línea de grieta. Sin embargo, estos procesos tradicionales tienen claros inconvenientes. Son relativamente ineficientes, lo que da como resultado bordes desiguales que a menudo requieren un pulido secundario y producen una gran cantidad de residuos y polvo. Además, para tareas como perforar agujeros en el medio de paneles de vidrio o cortar formas irregulares, los métodos tradicionales son todo un desafío. Aquí es donde se hacen evidentes las ventajas del corte de vidrio por láser. En 2022, los ingresos por ventas de la industria del vidrio de China fueron de aproximadamente 744,3 mil millones de yuanes. La tasa de penetración de la tecnología de corte por láser en la industria del vidrio se encuentra aún en su etapa inicial, lo que indica un espacio significativo para la aplicación de la tecnología de corte por láser como sustituto.
Corte por láser de vidrio: desde los teléfonos móviles en adelante
El corte por láser de vidrio a menudo emplea un cabezal de enfoque Bézier para generar rayos láser de alta potencia y densidad dentro del vidrio. Al enfocar el haz Bézier dentro del vidrio, vaporiza instantáneamente el material, creando una zona de vaporización, que se expande rápidamente para formar grietas en las superficies superior e inferior. Estas grietas forman la sección de corte compuesta por innumerables pequeños puntos porosos, logrando cortar fracturas por tensión externa.
Con avances significativos en la tecnología láser, los niveles de potencia también han aumentado. Un láser verde de nanosegundos con una potencia de más de 20 W puede cortar vidrio de manera efectiva, mientras que un láser ultravioleta de picosegundo con una potencia de más de 15 W corta sin esfuerzo vidrio de menos de 2 mm de espesor. Existen empresas chinas que pueden cortar vidrio de hasta 17 mm de espesor. El corte de vidrio por láser cuenta con una alta eficiencia. Por ejemplo, cortar una pieza de vidrio de 10 cm de diámetro sobre un vidrio de 3 mm de espesor solo lleva unos 10 segundos con el corte por láser, en comparación con varios minutos con cuchillas mecánicas. Los bordes cortados con láser son suaves y tienen una precisión de muesca de hasta 30 μm, lo que elimina la necesidad de mecanizado secundario para productos industriales en general.
El corte de vidrio por láser es un desarrollo relativamente reciente, que comenzó hace unos seis o siete años. La industria de fabricación de teléfonos móviles estuvo entre las primeras en adoptarlo, utilizó el corte por láser en las cubiertas de cristal de las cámaras y experimentó un auge con la introducción de un dispositivo de corte por láser invisible. Con la popularidad de los teléfonos inteligentes de pantalla completa, el corte láser preciso de paneles completos de vidrio de pantalla grande ha aumentado significativamente la capacidad de procesamiento del vidrio. El corte por láser se ha vuelto común en lo que respecta al procesamiento de componentes de vidrio para teléfonos móviles. Esta tendencia ha sido impulsada principalmente por equipos automatizados para el procesamiento láser de cubiertas de vidrio de teléfonos móviles, dispositivos de corte por láser para lentes de protección de cámaras y equipos inteligentes para perforación por láser de sustratos de vidrio.
El vidrio para pantallas electrónicas montadas en automóviles está adoptando gradualmente el corte por láser
Las pantallas montadas en los automóviles consumen muchos paneles de vidrio, especialmente para las pantallas de control central, sistemas de navegación, cámaras para tablero, etc. Hoy en día, muchos vehículos de nuevas energías están equipados con sistemas inteligentes y pantallas de control central de gran tamaño. Los sistemas inteligentes se han convertido en estándar en los automóviles, con pantallas grandes y múltiples, así como pantallas curvas 3D que gradualmente se están convirtiendo en la corriente principal del mercado. Los paneles de cubierta de vidrio para pantallas montadas en automóviles se usan ampliamente debido a sus excelentes características, y un vidrio de pantalla curvo de alta calidad puede brindar una experiencia más avanzada para la industria automotriz. Sin embargo, la elevada dureza y fragilidad del vidrio suponen un desafío para el procesamiento.
Las mamparas de cristal montadas en automóviles requieren una alta precisión y las tolerancias de los componentes estructurales ensamblados son muy pequeñas. Grandes errores dimensionales durante el corte de mallas cuadradas/de barras pueden provocar problemas de montaje. Los métodos de procesamiento tradicionales implican múltiples pasos, como corte de rueda, rotura manual, conformado CNC y biselado, entre otros. Dado que se trata de un procesamiento mecánico, presenta problemas como baja eficiencia, mala calidad, bajo rendimiento y alto costo. Después del corte de la rueda, el mecanizado CNC de la forma de la cubierta de cristal del control central de un solo automóvil puede tardar entre 8 y 10 minutos. Con láseres ultrarrápidos de más de 100 W, se puede cortar un vidrio de 17 mm de una sola vez; La integración de múltiples procesos de producción aumenta la eficiencia en un 80%, donde 1 láser equivale a 20 máquinas CNC. Esto mejora enormemente la productividad y reduce los costos unitarios de procesamiento.
Otras aplicaciones de los láseres en vidrio
El vidrio de cuarzo tiene una estructura única, lo que dificulta el corte dividido con láser, pero los láseres de femtosegundos se pueden usar para grabar vidrio de cuarzo. Esta es una aplicación de láseres de femtosegundos para mecanizado y grabado de precisión en vidrio de cuarzo.La tecnología láser de femtosegundo es una tecnología de procesamiento avanzada que se está desarrollando rápidamente en los últimos años, con una precisión y velocidad de procesamiento extremadamente altas, capaz de grabar y procesar a nivel micrométrico a nanométrico en diversas superficies de materiales. La tecnología de enfriamiento por láser varía según las cambiantes demandas del mercado. Como fabricante experimentado de enfriadores que actualiza nuestraenfriador de agua líneas de producción de acuerdo con las tendencias del mercado, los enfriadores láser ultrarrápidos de la serie CWUP del fabricante de enfriadores TEYU pueden proporcionar soluciones de enfriamiento eficientes y estables para láseres de picosegundos y femtosegundos con hasta 60W.
La soldadura láser de vidrio es una nueva tecnología que ha surgido en los últimos dos o tres años y que apareció inicialmente en Alemania. Actualmente, sólo unas pocas unidades en China, como Huagong Laser, el Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Xi'an y Harbin Hit Weld Technology, han superado esta tecnología.Bajo la acción de láseres de pulso ultracorto de alta potencia, las ondas de presión generadas por los láseres pueden crear microfisuras o concentraciones de tensión en el vidrio, lo que puede promover la unión entre dos piezas de vidrio. El vidrio adherido después de la soldadura es muy firme y ya es posible lograr una soldadura hermética entre vidrios de 3 mm de espesor. En el futuro, los investigadores también se centrarán en la soldadura por superposición de vidrio con otros materiales. Actualmente, estos nuevos procesos aún no se han aplicado ampliamente en lotes, pero una vez que maduren, sin duda desempeñarán un papel importante en algunos campos de aplicaciones de alto nivel.
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