ग्लास लेज़र प्रसंस्करण की वर्तमान स्थिति और क्षमता का अन्वेषण

पिछले दशक में लेजर विनिर्माण प्रौद्योगिकी में तीव्र विकास हुआ है, तथा इसका प्राथमिक अनुप्रयोग धातु सामग्री के लिए लेजर प्रसंस्करण है। धातु लेजर प्रसंस्करण में लेजर कटिंग, लेजर वेल्डिंग और धातुओं की लेजर क्लैडिंग सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में से हैं। हालाँकि, जैसे-जैसे सांद्रता बढ़ती है, लेजर उत्पादों का समरूपीकरण गंभीर हो गया है, जिससे लेजर बाजार का विकास सीमित हो गया है। इसलिए, सफलता पाने के लिए, लेज़र अनुप्रयोगों को नए भौतिक क्षेत्रों में विस्तार करना होगा। लेजर अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त गैर-धात्विक सामग्रियों में कपड़े, कांच, प्लास्टिक, पॉलिमर, सिरेमिक आदि शामिल हैं। प्रत्येक सामग्री में कई उद्योग शामिल होते हैं, लेकिन परिपक्व प्रसंस्करण तकनीकें पहले से ही मौजूद हैं, जिससे लेजर प्रतिस्थापन एक आसान काम नहीं है।

किसी गैर-धात्विक पदार्थ के क्षेत्र में प्रवेश करने के लिए, यह विश्लेषण करना आवश्यक है कि क्या पदार्थ के साथ लेजर की अंतःक्रिया संभव है और क्या प्रतिकूल प्रतिक्रियाएं होंगी। वर्तमान में, कांच उच्च मूल्यवर्धित मूल्य और बैच लेजर प्रसंस्करण अनुप्रयोगों के लिए क्षमता वाला एक प्रमुख क्षेत्र है।

ग्लास लेजर कटिंग के लिए बड़ी जगह

कांच एक महत्वपूर्ण औद्योगिक सामग्री है जिसका उपयोग ऑटोमोटिव, निर्माण, चिकित्सा और इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे विभिन्न उद्योगों में किया जाता है। इसके अनुप्रयोग माइक्रोमीटर मापने वाले छोटे पैमाने के ऑप्टिकल फिल्टर से लेकर ऑटोमोटिव या निर्माण जैसे उद्योगों में उपयोग किए जाने वाले बड़े पैमाने के ग्लास पैनल तक फैले हुए हैं।

कांच को ऑप्टिकल ग्लास, क्वार्ट्ज ग्लास, माइक्रोक्रिस्टलाइन ग्लास, नीलम ग्लास आदि में वर्गीकृत किया जा सकता है। कांच की महत्वपूर्ण विशेषता इसकी भंगुरता है, जो पारंपरिक प्रसंस्करण विधियों के लिए महत्वपूर्ण चुनौतियां पेश करती है। पारंपरिक कांच काटने की विधियों में आमतौर पर कठोर मिश्र धातु या हीरे के औजारों का उपयोग किया जाता है, तथा काटने की प्रक्रिया दो चरणों में विभाजित होती है। सबसे पहले, कांच की सतह पर हीरे की नोक वाले उपकरण या कठोर मिश्र धातु के पीसने वाले पहिये का उपयोग करके दरार बनाई जाती है। दूसरे, कांच को दरार रेखा के साथ अलग करने के लिए यांत्रिक साधनों का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, इन पारंपरिक प्रक्रियाओं में स्पष्ट कमियां हैं। वे अपेक्षाकृत अकुशल होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप असमान किनारे बनते हैं, जिन्हें अक्सर द्वितीयक पॉलिशिंग की आवश्यकता होती है, तथा वे बहुत सारा मलबा और धूल उत्पन्न करते हैं। इसके अलावा, कांच के पैनलों के बीच में छेद करने या अनियमित आकार काटने जैसे कार्यों के लिए पारंपरिक तरीके काफी चुनौतीपूर्ण हैं। यहीं पर लेज़र कटिंग ग्लास के फायदे स्पष्ट हो जाते हैं 2022 में, चीन के कांच उद्योग की बिक्री राजस्व लगभग 744.3 बिलियन युआन थी। कांच उद्योग में लेजर कटिंग प्रौद्योगिकी की प्रवेश दर अभी भी प्रारंभिक चरण में है, जो विकल्प के रूप में लेजर कटिंग प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग के लिए एक महत्वपूर्ण स्थान दर्शाता है।

ग्लास लेज़र कटिंग: मोबाइल फ़ोन से आगे

ग्लास लेजर कटिंग में अक्सर ग्लास के भीतर उच्च शिखर शक्ति और घनत्व वाले लेजर बीम उत्पन्न करने के लिए बेजियर फोकसिंग हेड का उपयोग किया जाता है। बेज़ियर किरण को कांच के अंदर केन्द्रित करके, यह तुरन्त ही सामग्री को वाष्पीकृत कर देता है, जिससे वाष्पीकरण क्षेत्र बनता है, जो तेजी से फैलकर ऊपरी और निचली सतहों पर दरारें बना देता है। ये दरारें अनगिनत छोटे छिद्र बिंदुओं से बने काटने वाले भाग का निर्माण करती हैं, जिससे बाहरी तनाव फ्रैक्चर के माध्यम से काटने में मदद मिलती है।

लेज़र प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण प्रगति के साथ, शक्ति का स्तर भी बढ़ गया है। 20W से अधिक शक्ति वाला एक नैनोसेकंड ग्रीन लेजर, कांच को प्रभावी ढंग से काट सकता है, जबकि 15W से अधिक शक्ति वाला एक पिकोसेकंड अल्ट्रावायलेट लेजर, 2 मिमी से कम मोटाई वाले कांच को आसानी से काट सकता है। ऐसे चीनी उद्यम मौजूद हैं जो 17 मिमी तक मोटे कांच को काट सकते हैं। लेजर कटिंग ग्लास उच्च दक्षता का दावा करता है। उदाहरण के लिए, 3 मिमी मोटे कांच पर 10 सेमी व्यास के कांच के टुकड़े को काटने में लेजर कटिंग से केवल 10 सेकंड का समय लगता है, जबकि यांत्रिक चाकू से काटने में कई मिनट लगते हैं। लेजर-कट किनारे चिकने होते हैं, तथा इनकी नॉच सटीकता 30μm तक होती है, जिससे सामान्य औद्योगिक उत्पादों के लिए द्वितीयक मशीनिंग की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।

लेजर-कटिंग ग्लास एक अपेक्षाकृत नया विकास है, जो लगभग छह से सात साल पहले शुरू हुआ था। मोबाइल फोन विनिर्माण उद्योग शुरुआती अपनाने वालों में से था, जिसने कैमरा ग्लास कवर पर लेजर कटिंग का उपयोग किया तथा लेजर अदृश्यता कटिंग उपकरण के आने से इसमें तेजी देखी गई। पूर्ण स्क्रीन वाले स्मार्टफोन की लोकप्रियता के साथ, पूरे बड़े स्क्रीन वाले ग्लास पैनल की सटीक लेजर कटिंग ने ग्लास प्रसंस्करण क्षमता को काफी बढ़ा दिया है। मोबाइल फोन के लिए ग्लास घटक प्रसंस्करण की बात करें तो लेजर कटिंग आम हो गई है। यह प्रवृत्ति मुख्य रूप से मोबाइल फोन कवर ग्लास के लेजर प्रसंस्करण के लिए स्वचालित उपकरण, कैमरा सुरक्षा लेंस के लिए लेजर कटिंग उपकरण, और ग्लास सबस्ट्रेट्स की लेजर ड्रिलिंग के लिए बुद्धिमान उपकरण द्वारा संचालित की गई है।

कार पर लगे इलेक्ट्रॉनिक स्क्रीन ग्लास में धीरे-धीरे लेज़र कटिंग का इस्तेमाल बढ़ रहा है

कार में लगे स्क्रीन, विशेष रूप से केंद्रीय नियंत्रण स्क्रीन, नेविगेशन सिस्टम, डैशकैम आदि के लिए, बहुत अधिक ग्लास पैनल की आवश्यकता होती है। आजकल, कई नई ऊर्जा वाहन बुद्धिमान प्रणालियों और बड़े आकार के केंद्रीय नियंत्रण स्क्रीन से सुसज्जित हैं। ऑटोमोबाइल में बुद्धिमान प्रणालियां मानक बन गई हैं, जिनमें बड़ी और बहु-स्क्रीन के साथ-साथ 3D घुमावदार स्क्रीन भी धीरे-धीरे बाजार की मुख्यधारा बन रही हैं। कार-माउंटेड स्क्रीन के लिए ग्लास कवर पैनल का उपयोग उनकी उत्कृष्ट विशेषताओं के कारण व्यापक रूप से किया जाता है, और उच्च गुणवत्ता वाला घुमावदार स्क्रीन ग्लास ऑटोमोटिव उद्योग के लिए अधिक अंतिम अनुभव प्रदान कर सकता है। हालाँकि, कांच की उच्च कठोरता और भंगुरता प्रसंस्करण के लिए एक चुनौती है।

कार पर लगे ग्लास स्क्रीन के लिए उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता होती है, तथा इसमें जोड़े गए संरचनात्मक घटकों की सहनशीलता बहुत कम होती है। वर्गाकार/बार स्क्रीन को काटते समय बड़ी आयामी त्रुटियों के कारण संयोजन संबंधी समस्याएं उत्पन्न हो सकती हैं। पारंपरिक प्रसंस्करण विधियों में कई चरण शामिल होते हैं जैसे कि व्हील कटिंग, मैनुअल ब्रेकिंग, सीएनसी शेपिंग और चैम्फरिंग आदि। चूंकि यह यांत्रिक प्रसंस्करण है, इसलिए इसमें कम दक्षता, खराब गुणवत्ता, कम उपज दर और उच्च लागत जैसी समस्याएं हैं। पहिया काटने के बाद, एकल कार केंद्रीय नियंत्रण कवर ग्लास आकार की सीएनसी मशीनिंग में 8-10 मिनट तक का समय लग सकता है। 100W से अधिक के अल्ट्रा-फास्ट लेजर के साथ, 17 मिमी ग्लास को एक ही झटके में काटा जा सकता है; कई उत्पादन प्रक्रियाओं को एकीकृत करने से दक्षता 80% बढ़ जाती है, जहां 1 लेजर 20 सीएनसी मशीनों के बराबर होता है। इससे उत्पादकता में काफी सुधार होता है और इकाई प्रसंस्करण लागत कम हो जाती है।

कांच में लेज़रों के अन्य अनुप्रयोग

क्वार्ट्ज ग्लास की संरचना अद्वितीय होती है, जिसके कारण इसे लेजर से काटना कठिन होता है, लेकिन क्वार्ट्ज ग्लास पर नक्काशी के लिए फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग किया जा सकता है। यह क्वार्ट्ज ग्लास पर सटीक मशीनिंग और नक्काशी के लिए फेम्टोसेकंड लेजर का एक अनुप्रयोग है। फेमटोसेकंड लेजर प्रौद्योगिकी हाल के वर्षों में तेजी से विकसित हो रही उन्नत प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी है, जिसमें अत्यंत उच्च प्रसंस्करण परिशुद्धता और गति है, जो विभिन्न भौतिक सतहों पर माइक्रोमीटर से नैनोमीटर स्तर तक नक्काशी और प्रसंस्करण करने में सक्षम है।  लेजर शीतलन प्रौद्योगिकी बदलती बाजार मांग के साथ बदलती रहती है। एक अनुभवी चिलर निर्माता के रूप में जो हमारे पानी ठंडा करने वाला  बाजार के रुझान को ध्यान में रखते हुए उत्पादन लाइनों में, TEYU चिलर निर्माता की CWUP-सीरीज अल्ट्राफास्ट लेजर चिलर 60W तक के पिकोसेकंड और फेमटोसेकंड लेजर के लिए कुशल और स्थिर शीतलन समाधान प्रदान कर सकती है।

कांच की लेजर वेल्डिंग एक नई तकनीक है जो पिछले दो-तीन वर्षों में उभरी है, जो सबसे पहले जर्मनी में दिखाई दी। वर्तमान में, चीन में केवल कुछ इकाइयां, जैसे हुआगोंग लेजर, शीआन इंस्टीट्यूट ऑफ ऑप्टिक्स एंड फाइन मैकेनिक्स, और हार्बिन हिट वेल्ड टेक्नोलॉजी, ही इस तकनीक में सफल हो पाई हैं। उच्च-शक्ति, अति-लघु पल्स लेज़रों की क्रिया के अंतर्गत, लेज़रों द्वारा उत्पन्न दबाव तरंगें कांच में सूक्ष्म दरारें या तनाव सांद्रता पैदा कर सकती हैं, जो कांच के दो टुकड़ों के बीच बंधन को बढ़ावा दे सकती हैं  वेल्डिंग के बाद बंधुआ ग्लास बहुत दृढ़ है, और 3 मिमी मोटी ग्लास के बीच तंग वेल्डिंग प्राप्त करना पहले से ही संभव है। भविष्य में, शोधकर्ता अन्य सामग्रियों के साथ कांच की ओवरले वेल्डिंग पर भी ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। वर्तमान में, इन नई प्रक्रियाओं को अभी तक बड़े पैमाने पर लागू नहीं किया गया है, लेकिन एक बार परिपक्व हो जाने पर, वे निस्संदेह कुछ उच्च-स्तरीय अनुप्रयोग क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगे।