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 fémek lézervágása, lézerhegesztése és lézeres plattírozása a legfontosabb folyamatok közé tartozik a fém 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 alkalmazáshoz alkalmas nemfémes anyagok közé tartoznak a szövetek, üveg, műanyagok, polimerek, kerámiák és egyebek. Minden egyes anyag több iparágat is érint, de már léteznek kiforrott feldolgozási technikák, így a lézeres helyettesítés nem könnyű feladat.

Nemfémes anyagokkal foglalkozó területre való belépéshez elemezni kell, hogy a lézer kölcsönhatása az anyaggal megvalósítható-e, és hogy fellépnek-e mellékhatások. Jelenleg az üvegipar kiemelkedik, mint jelentős 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. Alkalmazásai 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 kategorizálni. Az üveg jelentős jellemzője a törékenysége, ami jelentős kihívást jelent a hagyományos feldolgozási módszerek számára. A hagyományos üvegvágási módszerek jellemzően keményfém vagy gyémánt szerszámokat használnak, a vágási folyamatot két lépésre osztva. Először egy gyémánthegyű szerszámmal vagy keményfém köszörűkoronggal repedést hoznak létre az üveg felületén. Másodszor, mechanikai eszközöket alkalmaznak az üveg repedésvonal mentén történő elválasztására. Ezeknek a hagyományos eljárásoknak azonban egyértelmű hátrányai vannak. Viszonylag hatástalanok, egyenetlen éleket eredményeznek, amelyek gyakran másodlagos polírozást igényelnek, és sok törmeléket és port termelnek. Ráadásul olyan feladatokhoz, mint az üvegpanelek közepének furása vagy szabálytalan formák vágása, a hagyományos módszerek meglehetősen nagy kihívást jelentenek. Itt mutatkoznak meg a lézeres üvegvágás előnyei 2022-ben Kína üvegiparának árbevétele körülbelül 744,3 milliárd jüan volt. A lézervágási technológia üvegipari elterjedése még kezdeti szakaszban van, ami azt jelzi, hogy jelentős teret kap a lézervágási technológia, mint helyettesítő technológia alkalmazása.

Üveglézeres vágás: A mobiltelefonoktól kezdve

Az üveg lézervágása gyakran Bezier fókuszáló fejet használ, hogy nagy csúcsteljesítményű és sűrűségű lézersugarakat hozzon létre az üvegben. A Bézier-nyaláb üvegbe fókuszálásával az anyag azonnal elpárolog, egy párologtatási zónát hozva létre, amely gyorsan kitágul, repedéseket képezve a felső és az alsó felületeken. Ezek a repedések alkotják a számtalan apró póruspontból álló vágási szakaszt, lehetővé téve a külső feszültségi repedéseken keresztüli vágást.

A lézertechnológia jelentős fejlődésével a teljesítményszintek is megnőttek. Egy 20 W-nál nagyobb teljesítményű nanoszekundumos zöld lézer hatékonyan vágja az üveget, míg egy 15 W-nál nagyobb 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. A lézeres üvegvágás nagy hatékonysággal büszkélkedhet. Például egy 10 cm átmérőjű üvegdarab vágása egy 3 mm vastag üvegen lézervágással mindössze 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 termékeknél nincs szükség másodlagos megmunkálásra.

A lézeres üvegvágás viszonylag új keletű fejlesztés, körülbelül hat-hét évvel ezelőtt kezdődött. A mobiltelefon-gyártó ipar az elsők között volt, lézervágást alkalmazva a kamerák üvegborításain, és a lézeres láthatatlanságot okozó vágóberendezés bevezetésével fellendülést tapasztalt. 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-tokok üvegének lézeres megmunkálására szolgáló automatizált berendezések, a kameravédő lencsék 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 fogyasztanak, különösen a központi vezérlőképernyők, navigációs rendszerek, műszerfali kamerák stb. esetében. Manapság sok új energiahordozót intelligens rendszerekkel és túlméretezett központi vezérlőképernyőkkel szerelnek fel. Az intelligens rendszerek az autókban szabványossá váltak, a nagyméretű és többszörös képernyők, valamint a 3D-s ívelt képernyők fokozatosan a piac főáramává válnak. Az autóba szerelt képernyők üvegborító paneljei széles körben elterjedtek kiváló tulajdonságaiknak köszönhetően, és egy kiváló minőségű, ívelt képernyőüveg még tökéletesebb élményt nyújthat az autóiparban. Az üveg nagy keménysége és törékenysége azonban kihívást jelent a feldolgozás során.

Az autóba szerelt üvegképernyők nagy pontosságot igényelnek, és az összeszerelt szerkezeti elemek tűrései nagyon kicsik. A négyzet/rúd alakú sziták vágása során fellépő nagy méretbeli hibák összeszerelési problémákhoz vezethetnek. A hagyományos feldolgozási módszerek több lépésből állnak, mint például a kerékvágás, a kézi törés, a CNC-megmunkálás 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 keréktárcsák forgácsolása után egyetlen autó központi vezérlőpaneljének üvegformájának CNC megmunkálása akár 8-10 percet is igénybe vehet. A 100 W-nál nagyobb teljesítményű ultragyors lézerekkel egy 17 mm-es üveg egyetlen lökettel vágható; a 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 alkalmazása kvarcüveg precíziós megmunkálására és maratására. A femtoszekundumos lézertechnológia az utóbbi években gyorsan fejlődő fejlett feldolgozási technológia, rendkívül nagy feldolgozási pontossággal és sebességgel, képes mikrométeres és nanométeres szintű maratásra és megmunkálásra különféle anyagfelületeken.  A lézeres hűtési technológia a változó piaci igényekkel együtt változik. Tapasztalt hűtőberendezés-gyártóként, amely folyamatosan frissíti szolgáltatásainkat vízhűtő  A piaci trendeknek megfelelően a TEYU hűtőgyártó CWUP sorozatú ultragyors lézerhűtői hatékony és stabil hűtési megoldásokat kínálnak pikoszekundumos és femtoszekundumos lézerekhez, akár 60 W teljesítménnyel.

Az üveg lézeres hegesztése 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, valamint a Harbin Hit Weld Technology tört át ezen a technológián. Nagy teljesítményű, ultrarövid impulzusú lézerek hatására a lézerek által keltett nyomáshullámok mikrorepedéseket vagy feszültségkoncentrációkat hozhatnak létre az üvegben, ami elősegítheti a két üveglap közötti kötést.  A hegesztés utáni ragasztott üveg nagyon szilárd, és már 3 mm vastag üvegek között is szoros hegesztés érhető el. A jövőben a kutatók az üveg más anyagokkal való átfedő hegesztésére is összpontosítanak. Jelenleg ezeket az új eljárásokat még nem alkalmazták széles körben sorozatgyártásban, de miután kiforrtak, kétségtelenül fontos szerepet fognak játszani egyes csúcskategóriás alkalmazási területeken.