Az üveg lézeres megmunkálásának jelenlegi állapotának és lehetőségeinek feltárása

A lézeres gyártástechnológia az elmúlt évtizedben gyors fejlődésen ment keresztül, elsődleges alkalmazási területe a fémes anyagok lézeres megmunkálása. A lézervágás, a lézerhegesztés és a fémek lézeres bevonása a legfontosabb folyamatok közé tartozik a fémek lézeres megmunkálásában. A koncentráció növekedésével azonban a lézertermékek homogenizációja súlyossá vált, ami korlátozza a lézerpiac növekedését. Ezért az áttöréshez a lézeralkalmazásoknak új anyagterületekre kell kiterjedniük. A lézeres alkalmazásra alkalmas nemfémes anyagok közé tartoznak a szövetek, az üveg, a műanyagok, a polimerek, a kerámiák és egyebek. Minden anyag több iparágat is érint, de már léteznek kiforrott feldolgozási technikák, így a lézeres helyettesítés nem könnyű feladat.

A nemfémes anyagok területére való belépéshez elemezni kell, hogy a lézer kölcsönhatása megvalósítható-e az anyaggal, és hogy fellépnek-e káros reakciók. Jelenleg az üveg kiemelkedik, mint egy fő terület, magas hozzáadott értékkel és a szakaszos lézeres megmunkálási alkalmazások potenciáljával.

Nagy hely az üveg lézervágásához

Az üveg fontos ipari anyag, amelyet számos iparágban használnak, például az autóiparban, az építőiparban, az orvostudományban és az elektronikában. Alkalmazási területei a mikrométereket mérő kisméretű optikai szűrőktől a nagyméretű üvegpanelekig terjednek, amelyeket olyan iparágakban használnak, mint az autóipar vagy az építőipar.

Az üveget optikai üvegre, kvarcüvegre, mikrokristályos üvegre, zafírüvegre és egyebekre lehet osztani. Az üveg jelentős jellemzője a törékenysége, ami jelentős kihívást jelent a hagyományos feldolgozási módszerek számára. A hagyományos üvegvágási módszerek jellemzően keményötvözet vagy gyémántszerszámokat használnak, a vágási folyamat két lépésre oszlik. Először is, egy repedést hoznak létre az üveg felületén egy gyémánthegyű szerszámmal vagy egy keményötvözetű köszörűkoronggal. Másodszor, mechanikus eszközöket alkalmaznak az üveg elválasztására a repedésvonal mentén. Ezeknek a hagyományos eljárásoknak azonban egyértelmű hátrányaik vannak. Viszonylag nem hatékonyak, egyenetlen éleket eredményeznek, amelyek gyakran másodlagos polírozást igényelnek, és sok törmeléket és port termelnek. Ezenkívül olyan feladatokhoz, mint az üvegpanelek közepén lévő lyukak fúrása vagy a szabálytalan formák vágása, a hagyományos módszerek meglehetősen nagy kihívást jelentenek. Itt mutatkoznak meg a lézeres üvegvágás előnyei. 2022-ben a kínai üvegipar árbevétele körülbelül 744,3 milliárd jüan volt. A lézervágási technológia penetrációja az üvegiparban még kezdeti szakaszban van, ami jelentős teret jelez a lézervágási technológia helyettesítőként való alkalmazásában.

Üveglézeres vágás: A mobiltelefonoktól kezdve

Az üveg lézervágása gyakran Bezier fókuszáló fejet használ, hogy nagy csúcsteljesítményű és sűrűségű lézersugarakat generáljon az üvegben. A Bezier-sugárnak az üveg belsejébe fókuszálásával az anyag azonnal elpárolog, egy párologtatási zónát hozva létre, amely gyorsan kitágul, és repedéseket képez a felső és alsó felületen. Ezek a repedések alkotják a számtalan apró póruspontból álló vágási területet, így külső feszültségi repedéseken keresztül is lehet vágni.

A lézertechnológia jelentős fejlődésével a teljesítményszintek is megnőttek. Egy 20 W feletti teljesítményű nanoszekundumos zöld lézer hatékonyan képes vágni az üveget, míg egy 15 W feletti teljesítményű pikoszekundumos ultraibolya lézer könnyedén vágja a 2 mm vastagság alatti üveget. Vannak olyan kínai vállalatok, amelyek akár 17 mm vastagságú üveget is képesek vágni. Az üveg lézervágása nagy hatékonysággal büszkélkedhet. Például egy 10 cm átmérőjű üvegdarab vágása egy 3 mm vastag üvegen lézervágással mindössze körülbelül 10 másodpercet vesz igénybe, szemben a mechanikus késekkel eltöltött több perccel. A lézerrel vágott élek simák, akár 30 μm-es bevágáspontossággal, így az általános ipari termékek esetében nincs szükség utólagos megmunkálásra.

Az üveg lézervágása viszonylag új keletű fejlesztés, körülbelül hat-hét évvel ezelőtt kezdődött. A mobiltelefon-gyártó ipar az elsők között volt, lézervágást alkalmazva kamerák üvegborításain, és fellendülést tapasztalt a lézeres láthatatlanságot biztosító vágóberendezés bevezetésével. A teljes képernyős okostelefonok népszerűségével a teljes nagyméretű üvegpanelek precíz lézervágása jelentősen megnövelte az üvegfeldolgozási kapacitást. A lézervágás elterjedtté vált a mobiltelefonok üvegalkatrészeinek megmunkálásában. Ezt a trendet elsősorban a mobiltelefon-borítások lézeres megmunkálására szolgáló automatizált berendezések, a kamerák védőlencséinek lézervágó eszközei, valamint az üvegfelületek lézeres fúrására szolgáló intelligens berendezések hajtották.

Az autóba szerelt elektronikus képernyőüveg fokozatosan alkalmazza a lézervágást

Az autóba szerelt képernyők sok üvegpanelt használnak, különösen a központi vezérlőképernyők, navigációs rendszerek, műszerfali kamerák stb. esetében. Manapság számos új energiafelhasználású járművet intelligens rendszerekkel és túlméretezett központi vezérlőképernyőkkel szerelnek fel. Az intelligens rendszerek az autókban szabványossá váltak, a nagy és többszörös képernyők, valamint a 3D ívelt képernyők fokozatosan a piac főáramává válnak. Az autóba szerelt képernyők üvegborító paneljeit széles körben használják kiváló tulajdonságaiknak köszönhetően, és a kiváló minőségű ívelt képernyőüveg még tökéletesebb élményt nyújthat az autóiparban. Az üveg nagy keménysége és törékenysége azonban kihívást jelent a feldolgozás szempontjából.

Az autóba szerelt üveghálók nagy pontosságot igényelnek, és az összeszerelt szerkezeti elemek tűrései nagyon kicsik. A négyzet/rúd alakú hálók vágása során fellépő nagy mérethibák összeszerelési problémákhoz vezethetnek. A hagyományos feldolgozási módszerek több lépést foglalnak magukban, mint például a kerékvágás, a kézi törés, a CNC-alakítás és a letörés. Mivel mechanikus feldolgozásról van szó, olyan problémákkal küzd, mint az alacsony hatékonyság, a rossz minőség, az alacsony hozam és a magas költségek. A kerékvágás után egyetlen autó központi vezérlőpaneljének üvegformájának CNC-megmunkálása akár 8-10 percig is eltarthat. A 100 W feletti ultragyors lézerekkel egy 17 mm-es üveg egyetlen lökettel vágható; több gyártási folyamat integrálása 80%-kal növeli a hatékonyságot, ahol 1 lézer 20 CNC-gépnek felel meg. Ez jelentősen javítja a termelékenységet és csökkenti az egységnyi feldolgozási költségeket.

A lézerek egyéb alkalmazásai üvegben

A kvarcüveg egyedi szerkezettel rendelkezik, ami megnehezíti a lézerrel történő hasítását, de a femtoszekundumos lézerek használhatók kvarcüveg maratására. Ez a femtoszekundumos lézerek egy alkalmazása kvarcüveg precíziós megmunkálására és maratására. A femtoszekundumos lézertechnológia az elmúlt években gyorsan fejlődő fejlett feldolgozási technológia, rendkívül nagy feldolgozási pontossággal és sebességgel, amely képes mikrométeres és nanométeres szintű maratásra és megmunkálásra különféle anyagfelületeken. A lézeres hűtési technológia a változó piaci igényeknek megfelelően változik. Tapasztalt hűtőgyártóként, amely a piaci trendeknek megfelelően frissíti vízhűtő gyártósorait, a TEYU hűtőgyártó CWUP sorozatú ultragyors lézeres hűtői hatékony és stabil hűtési megoldásokat kínálnak pikoszekundumos és femtoszekundumos lézerekhez, akár 60 W-ig.

Az üveg lézerhegesztése egy új technológia, amely az elmúlt két-három évben jelent meg, kezdetben Németországban. Jelenleg Kínában csak néhány egység, például a Huagong Laser, a Xi'an Optikai és Finommechanikai Intézet és a Harbin Hit Weld Technology tört át ezen a technológián. A nagy teljesítményű, ultrarövid impulzuslézerek hatására a lézerek által generált nyomáshullámok mikrorepedéseket vagy feszültségkoncentrációkat hozhatnak létre az üvegben, ami elősegítheti a két üvegdarab közötti kötést. A hegesztés után a kötött üveg nagyon szilárd, és már most is lehetséges szoros hegesztés 3 mm vastag üvegek között. A jövőben a kutatók az üveg más anyagokkal való átfedő hegesztésére is összpontosítanak. Jelenleg ezeket az új eljárásokat még nem alkalmazzák széles körben sorozatgyártásban, de kiforradásuk után kétségtelenül fontos szerepet fognak játszani egyes csúcskategóriás alkalmazási területeken.