Lasin laserkäsittelyn nykytilan ja potentiaalin tutkiminen

Laservalmistusteknologia on kehittynyt nopeasti viimeisen vuosikymmenen aikana, ja sen ensisijainen sovellus on metallimateriaalien laserkäsittely. Laserleikkaus, laserhitsaus ja metallien laserpinnoitus ovat tärkeimpiä prosesseja metallien laserkäsittelyssä. Keskittymisen kasvaessa lasertuotteiden homogenisaatio on kuitenkin lisääntynyt, mikä rajoittaa lasermarkkinoiden kasvua. Siksi läpimurron saavuttamiseksi lasersovellusten on laajennuttava uusille materiaalialueille. Lasersovelluksiin soveltuvia ei-metallisia materiaaleja ovat kankaat, lasi, muovit, polymeerit, keramiikka ja paljon muuta. Jokainen materiaali koskee useita teollisuudenaloja, mutta kypsiä prosessointitekniikoita on jo olemassa, joten laserien korvaaminen ei ole helppo tehtävä.

Ei-metallisten materiaalien kentälle pääsemiseksi on analysoitava, onko laserin ja materiaalin vuorovaikutus mahdollista ja esiintyykö haitallisia reaktioita. Tällä hetkellä lasi erottuu merkittävänä alueena, jolla on korkea lisäarvo ja potentiaalia eräkäsittelylaserprosessointisovelluksiin.

Suuri tila lasin laserleikkaukseen

Lasi on tärkeä teollisuusmateriaali, jota käytetään useilla eri teollisuudenaloilla, kuten autoteollisuudessa, rakentamisessa, lääketieteessä ja elektroniikassa. Sen käyttökohteet vaihtelevat pienistä mikrometrien kokoisista optisista suodattimista suuriin lasipaneeleihin, joita käytetään esimerkiksi autoteollisuudessa tai rakentamisessa.

Lasi voidaan luokitella optiseksi lasiksi, kvartsilasiksi, mikrokiteiseksi lasiksi, safiirilasiksi ja muiksi. Lasin merkittävä ominaisuus on sen hauraus, joka asettaa merkittäviä haasteita perinteisille käsittelymenetelmille. Perinteisissä lasinleikkausmenetelmissä käytetään tyypillisesti kovametalli- tai timanttityökaluja, ja leikkausprosessi on jaettu kahteen vaiheeseen. Ensinnäkin lasin pintaan luodaan halkeama timanttikärkisellä työkalulla tai kovametallihiomalaikalla. Toiseksi lasi erotetaan halkeaman suuntaisesti mekaanisesti. Näillä perinteisillä menetelmillä on kuitenkin selkeitä haittoja. Ne ovat suhteellisen tehottomia, mikä johtaa epätasaisiin reunoihin, jotka usein vaativat toissijaista kiillotusta, ja ne tuottavat paljon roskia ja pölyä. Lisäksi esimerkiksi lasilevyjen keskelle reikien poraamisessa tai epäsäännöllisten muotojen leikkaamisessa perinteiset menetelmät ovat melko haastavia. Tässä kohtaa laserleikkauksen edut tulevat ilmeisiksi. Vuonna 2022 Kiinan lasiteollisuuden myyntitulot olivat noin 744,3 miljardia yuania. Laserleikkausteknologian yleistyminen lasiteollisuudessa on vielä alkuvaiheessa, mikä osoittaa, että laserleikkausteknologian soveltamiselle korvaavana tekniikana on merkittävää tilaa.

Lasin laserleikkaus: Matkapuhelimista eteenpäin

Lasin laserleikkauksessa käytetään usein Bezier-tarkennuspäätä, joka tuottaa suuren huipputehon ja tiheyden omaavia lasersäteitä lasin sisään. Keskittämällä Bezier-säteen lasin sisään se höyrystää materiaalin välittömästi, jolloin muodostuu höyrystymisvyöhyke, joka laajenee nopeasti muodostaen halkeamia ylä- ja alapinnoille. Nämä halkeamat muodostavat leikkausalueen, joka koostuu lukemattomista pienistä huokospisteistä, jolloin saavutetaan leikkaus ulkoisten jännityshalkeamien läpi.

Lasertekniikan merkittävän kehityksen myötä myös tehotasot ovat nousseet. Yli 20 W:n tehoinen nanosekunnin vihreä laser pystyy tehokkaasti leikkaamaan lasia, kun taas yli 15 W:n tehoinen pikosekunnin ultraviolettilaser leikkaa vaivattomasti alle 2 mm:n paksuista lasia. On olemassa kiinalaisia ​​yrityksiä, jotka pystyvät leikkaamaan jopa 17 mm:n paksuista lasia. Lasin laserleikkaus on erittäin tehokasta. Esimerkiksi 10 cm:n halkaisijan omaavan lasikappaleen leikkaaminen 3 mm:n paksuisesta lasista kestää laserleikkauksella vain noin 10 sekuntia verrattuna useisiin minuutteihin mekaanisilla veitsillä. Laserleikatut reunat ovat sileitä ja loven tarkkuus on jopa 30 μm, mikä poistaa toissijaisen työstön tarpeen yleisten teollisuustuotteiden kohdalla.

Lasin laserleikkaus on suhteellisen uusi kehitysaskel, joka alkoi noin kuusi–seitsemän vuotta sitten. Matkapuhelinvalmistusteollisuus oli yksi ensimmäisistä käyttöönottajista ja käytti laserleikkausta kameroiden lasikuoriin. Se koki suuren suosion lasernäkymättömyysleikkauslaitteen käyttöönoton myötä. Koko näytön älypuhelinten suosion myötä kokonaisten suurten näyttöjen lasipaneelien tarkka laserleikkaus on lisännyt merkittävästi lasinjalostuskapasiteettia. Laserleikkauksesta on tullut yleistä matkapuhelinten lasikomponenttien työstössä. Tätä trendiä ovat pääasiassa vauhdittaneet matkapuhelinten lasikuorten lasertyöstölaitteet, kameroiden suojalinssien laserleikkauslaitteet ja lasialustojen laserporaukseen tarkoitetut älylaitteet.

Autoon asennettu elektroninen näyttölasi ottaa vähitellen käyttöön laserleikkauksen

Autoihin asennettavat näytöt kuluttavat paljon lasia, erityisesti keskusohjausnäytöissä, navigointijärjestelmissä, kojelaudoissa jne. Nykyään monet uudet energiatehokkaat ajoneuvot on varustettu älykkäillä järjestelmillä ja ylisuurilla keskusohjausnäytöillä. Älykkäistä järjestelmistä on tullut standardi autoissa, ja suuret ja useat näytöt sekä 3D-kaarevat näytöt ovat vähitellen yleistymässä markkinoilla. Autoihin asennettavien näyttöjen lasisuojapaneeleja käytetään laajalti niiden erinomaisten ominaisuuksien ansiosta, ja korkealaatuinen kaareva näyttölasi voi tarjota autoteollisuudelle äärimmäisen käyttökokemuksen. Lasin korkea kovuus ja hauraus asettavat kuitenkin haasteen käsittelylle.

Autoihin asennettavat lasiverkot vaativat suurta tarkkuutta, ja koottujen rakenneosien toleranssit ovat hyvin pienet. Suuret mittavirheet neliö-/palkkiverhojen leikkauksen aikana voivat johtaa kokoonpano-ongelmiin. Perinteisiin prosessointimenetelmiin kuuluu useita vaiheita, kuten pyöränleikkaus, manuaalinen murtaminen, CNC-muokkaus ja viisteytys. Koska kyseessä on mekaaninen prosessointi, siihen liittyy ongelmia, kuten alhainen hyötysuhde, heikko laatu, alhainen saantoaste ja korkeat kustannukset. Pyöränleikkauksen jälkeen yksittäisen auton keskusohjauspaneelin lasimuodon CNC-työstö voi kestää jopa 8–10 minuuttia. Yli 100 W:n ultranopeilla lasereilla 17 mm:n lasi voidaan leikata yhdellä vedolla; useiden tuotantoprosessien integrointi lisää tehokkuutta 80 %, kun taas yksi laser vastaa 20 CNC-konetta. Tämä parantaa huomattavasti tuottavuutta ja vähentää yksikkökohtaisia ​​prosessointikustannuksia.

Muita lasereiden sovelluksia lasissa

Kvartsilasilla on ainutlaatuinen rakenne, minkä vuoksi sitä on vaikea leikata lasereilla, mutta femtosekuntilasereita voidaan käyttää kvartsilasin syövytykseen. Tämä on femtosekuntilasereiden sovellus kvartsilasin tarkkuustyöstöön ja syövytykseen. Femtosekuntilaserteknologia on viime vuosina nopeasti kehittynyt edistynyt prosessointitekniikka, jolla on erittäin korkea prosessointitarkkuus ja -nopeus, ja joka pystyy mikrometri- ja nanometritason syövytykseen ja työstöön erilaisilla materiaalipinnoilla. Laserjäähdytystekniikka vaihtelee markkinoiden muuttuvien vaatimusten mukaan. Kokeneena jäähdytyslaitevalmistajana, joka päivittää vesijäähdyttimien tuotantolinjojaan markkinoiden trendien mukaisesti, TEYU-jäähdytinvalmistajan CWUP-sarjan ultrafast laserjäähdyttimet voivat tarjota tehokkaita ja vakaita jäähdytysratkaisuja pikosekunti- ja femtosekuntilasereille jopa 60 W:n teholla.

Lasin laserhitsaus on uusi teknologia, joka on syntynyt viimeisten kahden tai kolmen vuoden aikana ja alun perin Saksassa. Tällä hetkellä vain muutamat yksiköt Kiinassa, kuten Huagong Laser, Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics ja Harbin Hit Weld Technology, ovat mullistaneet tämän teknologian. Suuritehoisten, erittäin lyhyiden pulssien lasereiden vaikutuksesta lasereiden synnyttämät paineaallot voivat luoda lasiin mikrohalkeamia tai jännityskeskittymiä, jotka voivat edistää kahden lasin välistä sitoutumista. Hitsauksen jälkeen liimattu lasi on erittäin lujaa, ja jo nyt on mahdollista saavuttaa tiivis hitsaus 3 mm paksun lasin välille. Tulevaisuudessa tutkijat keskittyvät myös lasin ja muiden materiaalien päällekkäishitsaukseen. Tällä hetkellä näitä uusia prosesseja ei ole vielä laajalti sovellettu erissä, mutta kypsyttyään ne ovat epäilemättä tärkeässä roolissa joillakin korkean tason sovellusalueilla.