Explorando el estado actual y el potencial del procesamiento láser de vidrio.

La tecnología de fabricación láser ha experimentado un rápido desarrollo en la última década, siendo su principal aplicación el procesamiento láser de materiales metálicos. El corte, la soldadura y el revestimiento láser de metales se encuentran entre los procesos más importantes en el procesamiento láser de metales. Sin embargo, a medida que aumenta la concentración, la homogeneización de los productos láser se ha vuelto crítica, lo que limita el crecimiento del mercado láser. Por lo tanto, para superar esta tendencia, las aplicaciones láser deben expandirse a nuevos dominios de materiales. Entre los materiales no metálicos aptos para la aplicación láser se incluyen telas, vidrio, plásticos, polímeros, cerámica y otros. Cada material se utiliza en múltiples industrias, pero ya existen técnicas de procesamiento consolidadas, lo que dificulta la sustitución del láser por otros materiales.

Para incursionar en el 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 en serie.

Amplio espacio para corte láser de vidrio

El vidrio es un material industrial importante que se utiliza en diversas industrias, como la automotriz, la construcción, la médica y la electrónica. Sus aplicaciones van desde filtros ópticos de pequeño tamaño que miden micrómetros hasta grandes paneles de vidrio utilizados en industrias como la automotriz o la construcción.

El vidrio se puede clasificar en vidrio óptico, vidrio de cuarzo, vidrio microcristalino, vidrio de zafiro y otros. La característica principal 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 diamante, y el proceso de corte se divide en dos pasos. Primero, se crea una grieta en la superficie del vidrio con una herramienta con punta de diamante o una muela abrasiva de aleación dura. Segundo, se emplean medios mecánicos para separar el vidrio a lo largo de la línea de la grieta. Sin embargo, estos procesos tradicionales tienen claras desventajas. Son relativamente ineficientes, lo que resulta en bordes irregulares que a menudo requieren un pulido posterior, y producen gran cantidad de residuos y polvo. Además, para tareas como perforar agujeros en el centro de paneles de vidrio o cortar formas irregulares, los métodos tradicionales son bastante difíciles. 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 en China fueron de aproximadamente 744.300 millones de yuanes. La tasa de penetración de la tecnología de corte por láser en la industria del vidrio aún se encuentra en su fase inicial, lo que indica un margen significativo para la aplicación de esta tecnología como sustituto.

Corte láser de vidrio: desde teléfonos móviles en adelante

El corte láser de vidrio suele emplear un cabezal de enfoque Bézier para generar haces láser de alta potencia y densidad dentro del vidrio. Al enfocar el haz Bézier en el interior del vidrio, vaporiza instantáneamente el material, creando una zona de vaporización que se expande rápidamente formando grietas en las superficies superior e inferior. Estas grietas constituyen la sección de corte, compuesta por innumerables puntos de poro diminutos, logrando el corte a través de fracturas por tensión externa.

Gracias a los importantes avances en la tecnología láser, los niveles de potencia también han aumentado. Un láser verde de nanosegundos con más de 20 W de potencia puede cortar vidrio eficazmente, mientras que un láser ultravioleta de picosegundos con más de 15 W de potencia corta sin esfuerzo vidrio de menos de 2 mm de espesor. Existen empresas chinas capaces de cortar vidrio de hasta 17 mm de espesor. El corte láser de vidrio ofrece una alta eficiencia. Por ejemplo, cortar una pieza de vidrio de 10 cm de diámetro en un vidrio de 3 mm de espesor lleva tan solo unos 10 segundos con láser, en comparación con los varios minutos que se tardaría con cuchillas mecánicas. Los bordes cortados con láser son lisos, con una precisión de muesca de hasta 30 μm, lo que elimina la necesidad de mecanizado secundario para productos industriales en general.

El corte láser de vidrio es un desarrollo relativamente reciente, que comenzó hace unos seis o siete años. La industria de fabricación de teléfonos móviles fue una de las primeras en adoptarlo, utilizando el corte láser en las cubiertas de vidrio de las cámaras y experimentando un auge con la introducción de un dispositivo de corte láser invisible. Con la popularidad de los teléfonos inteligentes de pantalla completa, el corte láser preciso de paneles de vidrio de gran tamaño ha impulsado significativamente la capacidad de procesamiento de vidrio. El corte láser se ha vuelto común en el procesamiento de componentes de vidrio para teléfonos móviles. Esta tendencia ha sido impulsada principalmente por equipos automatizados para el procesamiento láser de vidrio de cubiertas de teléfonos móviles, dispositivos de corte láser para lentes de protección de cámaras y equipos inteligentes para la perforación láser de sustratos de vidrio.

El cristal de las pantallas electrónicas para automóviles está adoptando gradualmente el corte láser.

Las pantallas instaladas en los automóviles consumen gran cantidad de paneles de vidrio, especialmente para las pantallas de control central, sistemas de navegación, cámaras de salpicadero, etc. Actualmente, muchos vehículos de nueva energía están equipados con sistemas inteligentes y pantallas de control central de gran tamaño. Los sistemas inteligentes se han convertido en un estándar en los automóviles, con pantallas grandes y múltiples, así como pantallas curvas 3D que se están convirtiendo gradualmente en la norma del mercado. Los paneles de vidrio para pantallas de automóviles se utilizan ampliamente debido a sus excelentes características, y un vidrio de pantalla curva de alta calidad puede brindar una experiencia superior para la industria automotriz. Sin embargo, la alta dureza y fragilidad del vidrio representan un desafío para su procesamiento.

Las pantallas de vidrio para automóviles requieren alta precisión, y las tolerancias de los componentes estructurales ensamblados son muy pequeñas. Los grandes errores dimensionales durante el corte de pantallas cuadradas o en barra pueden provocar problemas de ensamblaje. Los métodos de procesamiento tradicionales implican múltiples pasos, como el corte con rueda, el doblado manual, el conformado CNC y el biselado, entre otros. Al ser un proceso mecánico, presenta problemas como baja eficiencia, mala calidad, bajo rendimiento y alto costo. Después del corte con rueda, el mecanizado CNC de la forma de una sola cubierta de vidrio para el panel de control central del automóvil puede tardar entre 8 y 10 minutos. Con láseres ultrarrápidos de más de 100 W, se puede cortar un vidrio de 17 mm en una sola pasada; la integración de múltiples procesos de producción aumenta la eficiencia en un 80 %, donde 1 láser equivale a 20 máquinas CNC. Esto mejora considerablemente la productividad y reduce los costos unitarios de procesamiento.

Otras aplicaciones de los láseres en el vidrio

El vidrio de cuarzo tiene una estructura única, lo que dificulta su corte con láseres, pero los láseres de femtosegundos se pueden usar para grabar en vidrio de cuarzo. Esta es una aplicación de láseres de femtosegundos para el mecanizado y grabado de precisión en vidrio de cuarzo. La tecnología láser de femtosegundos es una tecnología de procesamiento avanzada de rápido desarrollo 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 láser varía con las cambiantes demandas del mercado. Como fabricante experimentado de enfriadores que actualiza nuestra enfriador de agua Las líneas de producción en consonancia con las tendencias del mercado, TEYU Los enfriadores láser ultrarrápidos de la serie CWUP del fabricante de enfriadores pueden proporcionar soluciones de refrigeración eficientes y estables para láseres de picosegundos y femtosegundos de hasta 60 W.

La soldadura láser de vidrio es una nueva tecnología surgida en los últimos dos o tres años, inicialmente en Alemania. Actualmente, solo unas pocas empresas en China, como Huagong Laser, el Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Xi'an y Harbin Hit Weld Technology, han logrado avances significativos en esta tecnología. Mediante láseres de alta potencia y pulsos ultracortos, las ondas de presión generadas por estos láseres crean microfisuras o concentraciones de tensión en el vidrio, lo que favorece la unión entre dos piezas. El vidrio unido tras la soldadura es muy resistente, 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 aplican a gran escala, pero una vez consolidados, sin duda desempeñarán un papel importante en algunos campos de aplicación de alta gama.