Explorando o estado actual e o potencial do procesamento láser de vidro

A tecnoloxía de fabricación por láser experimentou un rápido desenvolvemento na última década, sendo a súa principal aplicación o procesamento láser de materiais metálicos. O corte por láser, a soldadura por láser e o revestimento láser de metais están entre os procesos máis importantes no procesamento láser de metais. Non obstante, a medida que aumenta a concentración, a homoxeneización dos produtos láser volveuse severa, o que limita o crecemento do mercado do láser. Polo tanto, para ter éxito, as aplicacións láser deben expandirse a novos dominios de materiais. Entre os materiais non metálicos axeitados para a aplicación láser inclúense tecidos, vidro, plásticos, polímeros, cerámica e outros. Cada material implica múltiples industrias, pero xa existen técnicas de procesamento maduras, o que fai que a substitución por láser non sexa unha tarefa doada.

Para entrar nun campo de materiais non metálicos, é necesario analizar se a interacción do láser co material é factible e se se producirán reaccións adversas. Actualmente, o vidro destaca como unha área importante con alto valor engadido e potencial para aplicacións de procesamento láser por lotes.

Gran espazo para corte láser de vidro

O vidro é un material industrial importante que se emprega en diversas industrias como a automoción, a construción, a medicina e a electrónica. As súas aplicacións abarcan desde filtros ópticos a pequena escala que miden micrómetros ata paneis de vidro a grande escala empregados en industrias como a automoción ou a construción.

O vidro pódese clasificar en vidro óptico, vidro de cuarzo, vidro microcristalino, vidro de zafiro e outros. Unha característica importante do vidro é a súa fraxilidade, o que supón un desafío significativo para os métodos de procesamento tradicionais. Os métodos tradicionais de corte de vidro adoitan empregar ferramentas de aliaxe dura ou de diamante, e o proceso de corte divídese en dous pasos. En primeiro lugar, créase unha fenda na superficie do vidro usando unha ferramenta con punta de diamante ou unha rebarbadora de aliaxe dura. En segundo lugar, empréganse medios mecánicos para separar o vidro ao longo da liña de greta. Non obstante, estes procesos tradicionais teñen inconvenientes claros. Son relativamente ineficientes, o que resulta en bordos irregulares que a miúdo requiren un pulido secundario e producen moitos residuos e po. Ademais, para tarefas como perforar buratos no medio de paneis de vidro ou cortar formas irregulares, os métodos tradicionais son bastante complexos. Aquí é onde se fan evidentes as vantaxes do corte láser do vidro En 2022, os ingresos por vendas da industria do vidro da China foron de aproximadamente 744.300 millóns de yuans. A taxa de penetración da tecnoloxía de corte por láser na industria do vidro aínda está na súa fase inicial, o que indica un espazo significativo para a aplicación da tecnoloxía de corte por láser como substituto.

Corte láser de vidro: desde os teléfonos móbiles en diante

O corte con láser de vidro adoita empregar un cabezal de enfoque Bézier para xerar feixes láser de alta potencia e densidade dentro do vidro. Ao enfocar o feixe de Bézier dentro do vidro, vaporízase instantaneamente o material, creando unha zona de vaporización que se expande rapidamente para formar gretas nas superficies superior e inferior. Estas gretas forman a sección de corte composta por innumerables puntos de poros diminutos, conseguindo o corte a través de fracturas por tensión externas.

Cos avances significativos na tecnoloxía láser, os niveis de potencia tamén aumentaron. Un láser verde de nanosegundos cunha potencia de máis de 20 W pode cortar o vidro con eficacia, mentres que un láser ultravioleta de picosegundos cunha potencia de máis de 15 W corta sen esforzo vidro de menos de 2 mm de grosor. Existen empresas chinesas que poden cortar vidro de ata 17 mm de grosor. O corte láser de vidro presume de alta eficiencia. Por exemplo, cortar unha peza de vidro de 10 cm de diámetro sobre un vidro de 3 mm de grosor leva só uns 10 segundos co corte láser en comparación cos varios minutos que se tardan con coitelos mecánicos. Os bordos cortados con láser son suaves, cunha precisión de entalla de ata 30 μm, o que elimina a necesidade de mecanizado secundario para produtos industriais xerais.

O corte por láser do vidro é un desenvolvemento relativamente recente, que comezou hai uns seis ou sete anos. A industria de fabricación de teléfonos móbiles foi unha das primeiras en adoptala, empregando o corte por láser nas cubertas de vidro das cámaras e experimentando un auxe coa introdución dun dispositivo de corte por invisibilidade láser. Coa popularidade dos teléfonos intelixentes de pantalla completa, o corte láser preciso de paneis de vidro de pantalla grande enteiros aumentou significativamente a capacidade de procesamento do vidro. O corte por láser converteuse en algo común no procesamento de compoñentes de vidro para teléfonos móbiles. Esta tendencia foi impulsada principalmente por equipos automatizados para o procesamento con láser de vidro de cubertas de teléfonos móbiles, dispositivos de corte con láser para lentes de protección de cámaras e equipos intelixentes para a perforación con láser de substratos de vidro.

O vidro de pantalla electrónica montado no coche está a adoptar gradualmente o corte por láser

As pantallas montadas nos coches consomen moitos paneis de vidro, especialmente para as pantallas de control central, os sistemas de navegación, as cámaras do salpicadero, etc. Hoxe en día, moitos vehículos de novas enerxías están equipados con sistemas intelixentes e pantallas de control central de gran tamaño. Os sistemas intelixentes convertéronse no estándar dos automóbiles, con pantallas grandes e múltiples, así como as pantallas curvas en 3D que se están a converter gradualmente na corrente principal do mercado. Os paneis de vidro para as pantallas montadas en automóbiles úsanse amplamente debido ás súas excelentes características, e un vidro curvo de alta calidade pode proporcionar unha experiencia máis definitiva para a industria do automóbil. Non obstante, a alta dureza e fraxilidade do vidro supoñen un desafío para o seu procesamento.

As pantallas de vidro montadas nos automóbiles requiren unha alta precisión e as tolerancias dos compoñentes estruturais ensamblados son moi pequenas. Os grandes erros dimensionais durante o corte de pantallas cadradas/de barras poden provocar problemas de montaxe. Os métodos de procesamento tradicionais implican varios pasos como o corte de rodas, a rotura manual, a conformación CNC e o biselado, entre outros. Dado que se trata dun procesamento mecánico, presenta problemas como baixa eficiencia, mala calidade, baixa taxa de rendemento e alto custo. Despois do corte das rodas, o mecanizado CNC dunha forma de vidro de cuberta de control central dun só coche pode levar ata 8-10 minutos. Con láseres ultrarrápidos de máis de 100 W, pódese cortar un vidro de 17 mm dunha soa pasada; a integración de varios procesos de produción aumenta a eficiencia nun 80 %, onde 1 láser equivale a 20 máquinas CNC. Isto mellora moito a produtividade e reduce os custos de procesamento unitario.

Outras aplicacións dos láseres no vidro

O vidro de cuarzo ten unha estrutura única, o que dificulta o corte por láser, pero os láseres de femtosegundos pódense usar para gravar vidro de cuarzo. Trátase dunha aplicación dos láseres de femtosegundos para o mecanizado de precisión e o gravado en vidro de cuarzo. A tecnoloxía láser de femtosegundos é unha tecnoloxía de procesamento avanzada en rápido desenvolvemento nos últimos anos, cunha precisión e velocidade de procesamento extremadamente altas, capaz de gravar e procesar a nivel de micrómetro a nanométrico en diversas superficies de materiais.  A tecnoloxía de refrixeración por láser varía segundo as demandas cambiantes do mercado. Como fabricante de refrixeradores experimentado que actualiza as nosas refrixerador de auga  En consonancia coas tendencias do mercado, os refrixeradores láser ultrarrápidos da serie CWUP do fabricante de refrixeradores TEYU poden proporcionar solucións de refrixeración eficientes e estables para láseres de picosegundos e femtosegundos de ata 60 W.

A soldadura láser de vidro é unha nova tecnoloxía que xurdiu nos últimos dous ou tres anos, aparecendo inicialmente en Alemaña. Actualmente, só unhas poucas unidades en China, como Huagong Laser, o Instituto de Óptica e Mecánica Fina de Xi'an e Harbin Hit Weld Technology, lograron implementar esta tecnoloxía. Baixo a acción de láseres de pulso ultracurto e alta potencia, as ondas de presión xeradas polos láseres poden crear microfendas ou concentracións de tensión no vidro, o que pode promover a unión entre dúas pezas de vidro.  O vidro adherido despois da soldadura é moi firme e xa é posible conseguir unha soldadura axustada entre vidro de 3 mm de grosor. No futuro, os investigadores tamén se centrarán na soldadura por superposición de vidro con outros materiais. Actualmente, estes novos procesos aínda non se aplicaron amplamente por lotes, pero unha vez madurados, sen dúbida xogarán un papel importante nalgúns campos de aplicación de alta gama.