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

La technologie de fabrication au laser a connu un développement rapide au cours de la dernière décennie, sa principale application étant le traitement au laser des matériaux métalliques. La découpe laser, le soudage laser et le revêtement laser des métaux font partie des procédés les plus importants dans le traitement laser des métaux. Cependant, à mesure que la concentration augmente, l’homogénéisation des produits laser est devenue sévère, limitant la croissance du marché du laser. 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, la céramique, etc. Chaque matériau implique de nombreuses industries, mais des techniques de traitement matures existent déjà, ce qui rend la substitution du laser difficile.

Pour entrer dans un domaine de matériaux non métalliques, il est nécessaire d'analyser si l'interaction du laser avec le matériau est possible et si des réactions indésirables se produiront. Actuellement, le verre s’impose comme un domaine majeur à forte valeur ajoutée et à fort potentiel pour les applications de traitement laser par lots.

Grand espace pour la découpe laser du verre

Le verre est un matériau industriel important utilisé dans diverses industries telles que l’automobile, la construction, la médecine et l’électronique. Ses applications vont des filtres optiques à petite échelle mesurant des micromètres aux panneaux de verre à grande échelle utilisés dans des industries comme l'automobile ou la construction.

Le verre peut être classé en verre optique, verre de quartz, verre microcristallin, verre saphir, etc. La caractéristique principale du verre est sa fragilité, ce qui pose des défis importants aux méthodes de traitement traditionnelles. Les méthodes traditionnelles de découpe du verre utilisent généralement des outils en alliage dur ou en diamant, le processus de découpe étant divisé en deux étapes. Tout d’abord, une fissure est créée sur la surface du verre à l’aide d’un outil à pointe diamantée ou d’une meule en alliage dur. Deuxièmement, des moyens mécaniques sont utilisés pour séparer le verre le long de la ligne de fissure. Cependant, ces procédés traditionnels présentent des inconvénients évidents. Ils sont relativement inefficaces, ce qui entraîne des bords irréguliers qui nécessitent souvent un polissage secondaire, et ils produisent beaucoup de débris et de poussière. De plus, pour des tâches telles que le perçage de trous au milieu de panneaux de verre ou la découpe de formes irrégulières, les méthodes traditionnelles sont assez difficiles. C'est là que les avantages de la découpe laser du verre deviennent évidents En 2022, le chiffre d'affaires de l'industrie du verre en Chine s'élevait à environ 744,3 milliards de yuans. Le taux de pénétration de la technologie de découpe laser dans l'industrie du verre est encore à ses débuts, ce qui indique un espace important pour l'application de la technologie de découpe laser en tant que substitut.

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 à haute puissance et densité de crête dans le verre. En focalisant le faisceau de Bézier à l'intérieur du verre, il vaporise instantanément le matériau, créant une zone de vaporisation qui s'étend rapidement pour former des fissures sur les surfaces supérieures et inférieures. Ces fissures forment la section de coupe composée d'innombrables minuscules points de pores, permettant de couper à travers des fractures de contrainte externes.

Grâce aux progrès significatifs de la technologie laser, les niveaux de puissance ont également augmenté. Un laser vert nanoseconde d'une puissance supérieure à 20 W peut couper efficacement le verre, tandis qu'un laser ultraviolet picoseconde d'une puissance supérieure à 15 W coupe sans effort le verre de moins de 2 mm d'épaisseur. Il existe des entreprises chinoises capables de couper du verre jusqu'à 17 mm d'épaisseur. La découpe laser du verre offre une grande efficacité. Par exemple, découper un morceau de verre de 10 cm de diamètre sur un verre de 3 mm d'épaisseur ne prend qu'environ 10 secondes avec la découpe laser contre plusieurs minutes avec des couteaux mécaniques. Les bords découpés au laser sont lisses, avec une précision d'encoche allant jusqu'à 30 μm, éliminant ainsi le besoin d'usinage secondaire pour les produits industriels généraux.

La découpe laser du verre est un développement relativement récent, qui a débuté il y a environ six à sept ans. L'industrie de fabrication de téléphones portables a été parmi les premières à adopter cette technologie, utilisant la découpe laser sur les couvercles en verre des appareils photo et connaissant un essor 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 entiers a considérablement augmenté la capacité de traitement du verre. La découpe laser est devenue courante lorsqu’il s’agit de traiter des composants en verre pour les téléphones portables. Cette tendance a été principalement motivée par les équipements automatisés pour le traitement au laser des verres de protection des téléphones portables, les dispositifs de découpe au laser pour les lentilles de protection des appareils photo et les équipements intelligents pour le perçage au laser des substrats en verre.

Les écrans électroniques de voiture adoptent progressivement la découpe laser

Les écrans montés sur voiture consomment beaucoup de panneaux de verre, notamment pour les écrans de contrôle central, les systèmes de navigation, les dashcams, etc. De nos jours, de nombreux véhicules à énergie nouvelle sont équipés de systèmes intelligents et d’écrans de contrôle centraux surdimensionnés. Les systèmes intelligents sont devenus la norme dans les automobiles, avec des écrans larges et multiples, ainsi que des écrans incurvés 3D devenant progressivement le courant dominant du marché. Les panneaux de protection en verre pour écrans montés sur voiture sont largement utilisés en raison de leurs excellentes caractéristiques, et un verre d'écran incurvé de haute qualité peut offrir une expérience plus ultime pour l'industrie automobile. Cependant, la dureté et la fragilité élevées du verre posent un défi au traitement.

Les écrans en verre montés sur voiture nécessitent une grande précision et les tolérances des composants structurels assemblés sont très faibles. Des erreurs dimensionnelles importantes lors de la découpe d'écrans carrés/à barres peuvent entraîner des problèmes d'assemblage. Les méthodes de traitement traditionnelles impliquent plusieurs étapes telles que la découpe de la roue, le broyage manuel, le façonnage CNC et le chanfreinage, entre autres. Puisqu’il s’agit d’un traitement mécanique, il souffre de problèmes tels qu’une faible efficacité, une mauvaise qualité, un faible taux de rendement et un coût élevé. Après la découpe de la roue, l'usinage CNC d'une seule forme de verre de couvercle de commande centrale de voiture peut prendre jusqu'à 8 à 10 minutes. Avec des lasers ultra-rapides de plus de 100 W, un verre de 17 mm peut être coupé en un seul passage ; l'intégration de plusieurs processus de production augmente l'efficacité de 80 %, où 1 laser équivaut à 20 machines CNC. Cela améliore considérablement la productivité et réduit les coûts de traitement unitaires.

Autres applications des lasers dans le verre

Le verre de quartz a une structure unique, ce qui le rend difficile à découper au laser, mais les lasers femtosecondes peuvent être utilisés pour graver le verre de quartz. Il s’agit d’une application des lasers femtosecondes pour l’usinage de précision et la gravure sur verre de quartz. La technologie laser femtoseconde est une technologie de traitement avancée qui se développe rapidement ces dernières années, avec une précision et une vitesse de traitement extrêmement élevées, capable de graver et de traiter au niveau du micromètre au nanomètre sur diverses surfaces de matériaux.  La technologie de refroidissement laser varie en fonction de l’évolution des demandes du marché. En tant que fabricant de refroidisseurs expérimenté qui met à jour nos refroidisseur d'eau  Lignes de production conformes aux tendances du marché, les refroidisseurs laser ultrarapides de la série CWUP du fabricant de refroidisseurs TEYU peuvent fournir 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 au cours des deux à trois dernières années, initialement en Allemagne. Actuellement, seules quelques unités en Chine, telles que Huagong Laser, Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics et Harbin Hit Weld Technology, ont percé dans cette technologie. Sous l'action de lasers à impulsions ultra-courtes et de haute puissance, les ondes de pression générées par les lasers peuvent créer des microfissures ou des concentrations de contraintes dans le verre, ce qui peut favoriser la liaison entre deux morceaux de verre  Le verre collé après soudage est très ferme et il est déjà possible de réaliser une soudure étanche entre des verres de 3 mm d'épaisseur. À l’avenir, les chercheurs se concentreront également sur le soudage par superposition du verre avec d’autres matériaux. Actuellement, ces nouveaux procédés n’ont pas encore été largement appliqués par lots, mais une fois arrivés à maturité, ils joueront sans aucun doute un rôle important dans certains domaines d’application haut de gamme.