Exploration de l'état actuel et du potentiel du traitement laser du verre

La technologie de fabrication laser a connu un développement rapide au cours de la dernière décennie, sa principale application étant l'usinage laser des matériaux métalliques. La découpe, le soudage et le placage laser des métaux comptent parmi les procédés les plus importants de l'usinage laser des métaux. Cependant, avec l'augmentation de la concentration, l'homogénéisation des produits laser est devenue importante, limitant la croissance du marché. Par conséquent, pour percer, les applications laser doivent s'étendre à de nouveaux domaines de matériaux. Les matériaux non métalliques adaptés à l'application laser comprennent les tissus, le verre, les plastiques, les polymères, les céramiques, etc. Chaque matériau est utilisé dans de nombreuses industries, mais des techniques de traitement éprouvées existent déjà, ce qui rend la substitution au laser difficile.

Pour pénétrer le marché des matériaux non métalliques, il est nécessaire d'analyser la faisabilité de l'interaction laser avec le matériau et les risques de réactions indésirables. Actuellement, le verre représente un secteur majeur à forte valeur ajoutée et à fort potentiel pour les applications d'usinage laser par lots.

Grand espace pour la découpe laser du verre

Le verre est un matériau industriel important utilisé dans divers secteurs tels que l'automobile, la construction, le médical et l'électronique. Ses applications vont des filtres optiques de petite taille mesurant des micromètres aux panneaux de verre de grande taille utilisés dans des secteurs comme l'automobile ou la construction.

Le verre se divise en verre optique, verre de quartz, verre microcristallin, verre saphir, etc. Sa principale caractéristique est sa fragilité, ce qui pose des défis majeurs aux méthodes de traitement traditionnelles. Les méthodes traditionnelles de découpe du verre utilisent généralement des outils en alliage dur ou diamantés, et le processus se divise en deux étapes. Premièrement, une fissure est créée à la surface du verre à l'aide d'un outil diamanté ou d'une meule en alliage dur. Deuxièmement, des moyens mécaniques sont utilisés pour séparer le verre le long de la fissure. Cependant, ces procédés traditionnels présentent des inconvénients évidents. Relativement inefficaces, ils produisent des bords irréguliers nécessitant souvent un polissage secondaire, et produisent beaucoup de débris et de poussière. De plus, pour des tâches telles que le perçage de trous au centre de panneaux de verre ou la découpe de formes irrégulières, les méthodes traditionnelles s'avèrent très complexes. C'est là que les avantages de la découpe laser du verre se révèlent. En 2022, le chiffre d'affaires de l'industrie chinoise du verre s'élevait à environ 744,3 milliards de yuans. La pénétration de la découpe laser dans l'industrie du verre en est encore à ses débuts, ce qui laisse entrevoir un potentiel important pour son application comme solution de remplacement.

Découpe laser du verre : des téléphones portables aux applications mobiles

La découpe laser du verre utilise souvent une tête de focalisation Bézier pour générer des faisceaux laser de forte puissance et densité à l'intérieur du verre. En focalisant le faisceau Bézier à l'intérieur du verre, le matériau est instantanément vaporisé, créant une zone de vaporisation qui s'étend rapidement pour former des fissures sur les surfaces supérieure et inférieure. Ces fissures forment la section de découpe, composée d'innombrables petits pores, permettant ainsi la découpe à travers les fractures de contrainte externes.

Grâce aux progrès significatifs de la technologie laser, la puissance a également augmenté. Un laser vert nanoseconde de plus de 20 W peut découper efficacement le verre, tandis qu'un laser ultraviolet picoseconde de plus de 15 W découpe sans effort du verre de moins de 2 mm d'épaisseur. Des entreprises chinoises peuvent découper du verre jusqu'à 17 mm d'épaisseur. La découpe laser du verre est très efficace. Par exemple, découper une pièce de verre de 10 cm de diamètre sur un verre de 3 mm d'épaisseur ne prend qu'une dizaine de secondes avec la découpe laser, contre plusieurs minutes avec des couteaux mécaniques. Les bords découpés au laser sont lisses, avec une précision d'entaille allant jusqu'à 30 μm, éliminant ainsi le besoin d'usinage secondaire pour les produits industriels courants.

La découpe laser du verre est une technologie relativement récente, apparue il y a environ six ou sept ans. L'industrie de la téléphonie mobile a été parmi les premières à l'adopter, utilisant la découpe laser pour les verres d'appareil photo et connaissant un essor considérable avec l'introduction d'un dispositif de découpe laser invisible. Avec la popularité des smartphones plein écran, la découpe laser précise de panneaux de verre à grand écran a considérablement augmenté la capacité de traitement du verre. La découpe laser est devenue courante pour le traitement des composants en verre des téléphones portables. Cette tendance est principalement due aux équipements automatisés pour le traitement laser des verres de protection des téléphones portables, aux dispositifs de découpe laser pour les lentilles de protection des appareils photo et aux équipements intelligents pour le perçage laser des substrats en verre.

Les vitres électroniques des voitures adoptent progressivement la découpe laser

Les écrans embarqués consomment beaucoup de verre, notamment pour les écrans de contrôle centraux, les systèmes de navigation, les caméras embarquées, etc. De nos jours, de nombreux véhicules à énergies nouvelles sont équipés de systèmes intelligents et d'écrans de contrôle centraux surdimensionnés. Ces systèmes sont devenus la norme dans les automobiles, avec des écrans larges et multiples, ainsi que des écrans incurvés 3D de plus en plus répandus sur le marché. Les panneaux de protection en verre pour écrans embarqués sont largement utilisés en raison de leurs excellentes caractéristiques. Un verre incurvé de haute qualité offre une expérience optimale à l'industrie automobile. Cependant, la dureté et la fragilité élevées du verre posent des défis pour son traitement.

Les pare-brises montés sur les voitures requièrent une grande précision et les tolérances des composants structurels assemblés sont très faibles. D'importantes erreurs dimensionnelles lors de la découpe des pare-brises carrés ou à barres peuvent entraîner des problèmes d'assemblage. Les méthodes d'usinage traditionnelles impliquent plusieurs étapes, telles que la découpe à la meule, le cintrage manuel, le façonnage CNC et le chanfreinage, entre autres. S'agissant d'un usinage mécanique, il présente des inconvénients tels qu'un faible rendement, une qualité médiocre, un faible rendement et un coût élevé. Après la découpe à la meule, l'usinage CNC d'une seule forme de vitre de protection centrale de voiture peut prendre jusqu'à 8 à 10 minutes. Grâce à des lasers ultra-rapides de plus de 100 W, un verre de 17 mm peut être découpé en une seule opération ; l'intégration de plusieurs processus de production augmente l'efficacité de 80 %, un laser équivalant à 20 machines CNC. Cela améliore considérablement la productivité et réduit les coûts unitaires d'usinage.

Autres applications des lasers dans le verre

Le verre de quartz présente une structure unique, ce qui le rend difficile à découper au laser. Cependant, les lasers femtosecondes peuvent être utilisés pour la gravure sur verre de quartz. L'utilisation des lasers femtosecondes pour l'usinage et la gravure de précision sur verre de quartz est une application. La technologie laser femtoseconde est une technologie de traitement avancée en plein essor ces dernières années, offrant une précision et une vitesse d'usinage extrêmement élevées, permettant une gravure et un traitement de l'ordre du micromètre au nanomètre sur diverses surfaces. La technologie de refroidissement laser évolue en fonction de l'évolution des exigences du marché. En tant que fabricant expérimenté, nous adaptons nos lignes de production d'eau aux tendances du marché. TEYU propose des refroidisseurs laser ultrarapides de la série CWUP offrant des solutions de refroidissement efficaces et stables pour les lasers picosecondes et femtosecondes jusqu'à 60 W.

Le soudage laser du verre est une nouvelle technologie apparue ces deux ou trois dernières années, initialement en Allemagne. Actuellement, seules quelques unités en Chine, comme Huagong Laser, l'Institut d'optique et de mécanique fine de Xi'an et Harbin Hit Weld Technology, ont réussi à percer cette technologie. Sous l'action de lasers à impulsions ultracourtes et de haute puissance, les ondes de pression générées par les lasers peuvent créer des microfissures ou des concentrations de contraintes dans le verre, favorisant ainsi la liaison entre deux pièces de verre. Le verre ainsi soudé est très résistant, et il est déjà possible de réaliser des soudures étanches entre des pièces de verre de 3 mm d'épaisseur. À l'avenir, les chercheurs se penchent également sur le soudage par superposition du verre avec d'autres matériaux. Ces nouveaux procédés ne sont pas encore largement appliqués en lots, mais une fois maîtrisés, ils joueront sans aucun doute un rôle important dans certains domaines d'application haut de gamme.