Menjelajahi Status dan Potensi Pemrosesan Laser Kaca Saat Ini

Teknologi manufaktur laser telah mengalami perkembangan pesat selama dekade terakhir, dengan aplikasi utamanya adalah pemrosesan laser untuk bahan logam. Pemotongan laser, pengelasan laser, dan pelapisan logam dengan laser merupakan beberapa proses terpenting dalam pemrosesan laser logam. Namun, seiring meningkatnya konsentrasi, homogenisasi produk laser menjadi parah, sehingga membatasi pertumbuhan pasar laser. Oleh karena itu, untuk membuat terobosan, aplikasi laser harus diperluas ke domain material baru. Bahan non-logam yang cocok untuk aplikasi laser meliputi kain, kaca, plastik, polimer, keramik, dan banyak lagi. Setiap material melibatkan banyak industri, tetapi teknik pemrosesan yang matang sudah ada, membuat substitusi laser bukan tugas mudah.

Untuk memasuki bidang material non-logam, perlu dianalisis apakah interaksi laser dengan material tersebut memungkinkan dan apakah akan terjadi reaksi yang merugikan. Saat ini, kaca menonjol sebagai area utama dengan nilai tambah tinggi dan potensi untuk aplikasi pemrosesan laser batch.

Ruang Luas untuk Pemotongan Laser Kaca

Kaca merupakan bahan industri penting yang digunakan dalam berbagai industri seperti otomotif, konstruksi, medis, dan elektronik. Penerapannya berkisar dari filter optik skala kecil berukuran mikrometer hingga panel kaca skala besar yang digunakan dalam industri seperti otomotif atau konstruksi.

Kaca dapat dikategorikan menjadi kaca optik, kaca kuarsa, kaca mikrokristalin, kaca safir, dan banyak lagi. Karakteristik utama kaca adalah kerapuhannya, yang menimbulkan tantangan signifikan bagi metode pemrosesan tradisional. Metode pemotongan kaca tradisional biasanya menggunakan alat paduan keras atau berlian, dengan proses pemotongan dibagi menjadi dua langkah. Pertama-tama, retakan dibuat pada permukaan kaca menggunakan alat berujung berlian atau roda gerinda paduan keras. Kedua, cara mekanis digunakan untuk memisahkan kaca di sepanjang garis retakan. Namun, proses tradisional ini memiliki kelemahan yang jelas. Mereka relatif tidak efisien, menghasilkan tepian yang tidak rata sehingga sering kali memerlukan pemolesan ulang, dan menghasilkan banyak kotoran dan debu. Selain itu, untuk tugas seperti mengebor lubang di tengah panel kaca atau memotong bentuk yang tidak beraturan, metode tradisional cukup menantang. Di sinilah keuntungan pemotongan kaca laser menjadi jelas Pada tahun 2022, pendapatan penjualan industri kaca China sekitar 744,3 miliar yuan. Tingkat penetrasi teknologi pemotongan laser di industri kaca masih dalam tahap awal, menunjukkan ruang yang signifikan untuk penerapan teknologi pemotongan laser sebagai pengganti.

Pemotongan Laser Kaca: Dari Ponsel Hingga Sekarang

Pemotongan laser kaca sering kali menggunakan kepala pemfokus Bezier untuk menghasilkan sinar laser daya puncak dan kepadatan tinggi di dalam kaca. Dengan memfokuskan sinar Bezier di dalam kaca, ia langsung menguapkan material, menciptakan zona penguapan, yang dengan cepat mengembang membentuk retakan di permukaan atas dan bawah. Retakan ini membentuk bagian pemotongan yang terdiri dari titik-titik pori kecil yang tak terhitung jumlahnya, mencapai pemotongan melalui fraktur tekanan eksternal.

Dengan kemajuan signifikan dalam teknologi laser, tingkat daya juga meningkat. Laser hijau nanodetik dengan daya lebih dari 20W dapat memotong kaca secara efektif, sementara laser ultraviolet pikodetik dengan daya lebih dari 15W dapat dengan mudah memotong kaca dengan ketebalan di bawah 2 mm. Ada perusahaan Cina yang dapat memotong kaca hingga ketebalan 17mm. Pemotongan kaca dengan laser memiliki efisiensi tinggi. Misalnya, memotong potongan kaca berdiameter 10 cm pada kaca setebal 3 mm hanya membutuhkan waktu sekitar 10 detik dengan pemotongan laser dibandingkan dengan beberapa menit dengan pisau mekanis. Tepi yang dipotong laser halus, dengan akurasi takik hingga 30μm, sehingga menghilangkan kebutuhan pemesinan sekunder untuk produk industri umum.

Pemotongan kaca dengan laser merupakan perkembangan yang relatif baru, dimulai sekitar enam hingga tujuh tahun yang lalu. Industri manufaktur telepon seluler merupakan salah satu yang pertama kali mengadopsinya, menggunakan pemotongan laser pada penutup kaca kamera dan mengalami lonjakan dengan diperkenalkannya perangkat pemotongan laser yang tidak terlihat. Dengan populernya telepon pintar layar penuh, pemotongan laser yang presisi pada seluruh panel kaca layar besar telah meningkatkan kapasitas pemrosesan kaca secara signifikan. Pemotongan laser telah menjadi hal umum dalam hal pemrosesan komponen kaca untuk ponsel. Tren ini terutama didorong oleh peralatan otomatis untuk pemrosesan laser kaca penutup telepon seluler, perangkat pemotongan laser untuk lensa pelindung kamera, dan peralatan cerdas untuk pengeboran laser substrat kaca.

Kaca Layar Elektronik yang Dipasang di Mobil Secara Bertahap Mengadopsi Pemotongan Laser

Layar yang dipasang di mobil mengonsumsi banyak panel kaca, terutama untuk layar kontrol pusat, sistem navigasi, dashcam, dll. Saat ini, banyak kendaraan energi baru dilengkapi dengan sistem cerdas dan layar kendali pusat berukuran besar. Sistem cerdas telah menjadi standar dalam mobil, dengan layar besar dan ganda, serta layar lengkung 3D secara bertahap menjadi arus utama pasar. Panel penutup kaca untuk layar yang dipasang di mobil banyak digunakan karena karakteristiknya yang sangat baik, dan kaca layar lengkung berkualitas tinggi dapat memberikan pengalaman terbaik bagi industri otomotif. Namun, tingkat kekerasan dan kerapuhan kaca yang tinggi menimbulkan tantangan dalam pemrosesannya.

Layar kaca yang dipasang di mobil memerlukan presisi tinggi, dan toleransi komponen struktural yang dirakit sangat kecil. Kesalahan dimensi yang besar selama pemotongan layar persegi/batang dapat menyebabkan masalah perakitan. Metode pemrosesan tradisional melibatkan banyak langkah seperti pemotongan roda, pemecahan manual, pembentukan CNC, dan pemotongan talang, antara lain. Karena merupakan proses mekanis, maka banyak masalah yang dihadapi seperti efisiensi rendah, kualitas buruk, tingkat hasil rendah, dan biaya tinggi. Setelah pemotongan roda, pemesinan CNC pada bentuk kaca penutup kontrol pusat mobil tunggal dapat memakan waktu hingga 8-10 menit. Dengan laser ultra-cepat lebih dari 100W, kaca setebal 17mm dapat dipotong dalam satu gerakan; mengintegrasikan beberapa proses produksi meningkatkan efisiensi hingga 80%, di mana 1 laser setara dengan 20 mesin CNC. Ini sangat meningkatkan produktivitas dan mengurangi biaya pemrosesan unit.

Aplikasi Lain Laser pada Kaca

Kaca kuarsa memiliki struktur yang unik, sehingga sulit dipotong menggunakan laser, tetapi laser femtodetik dapat digunakan untuk penggoresan pada kaca kuarsa. Ini adalah aplikasi laser femtodetik untuk pemesinan presisi dan etsa pada kaca kuarsa. Teknologi laser femtosecond merupakan teknologi pemrosesan canggih yang berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, dengan presisi dan kecepatan pemrosesan yang sangat tinggi, mampu melakukan etsa dan pemrosesan tingkat mikrometer hingga nanometer pada berbagai permukaan material.  Teknologi pendinginan laser bervariasi sesuai dengan perubahan permintaan pasar. Sebagai produsen chiller berpengalaman yang memperbarui pendingin air  lini produksi yang mengikuti tren pasar, Pendingin Laser Ultracepat Seri CWUP dari Produsen Pendingin TEYU dapat memberikan solusi pendinginan yang efisien dan stabil untuk laser pikosekon dan femtodetik hingga 60W.

Pengelasan laser pada kaca merupakan teknologi baru yang muncul dalam dua hingga tiga tahun terakhir, awalnya muncul di Jerman. Saat ini, hanya beberapa unit di Tiongkok, seperti Huagong Laser, Institut Optik dan Mekanika Halus Xi'an, dan Harbin Hit Weld Technology, yang telah menerapkan teknologi ini. Di bawah aksi laser pulsa ultra-pendek berdaya tinggi, gelombang tekanan yang dihasilkan oleh laser dapat menciptakan retakan mikro atau konsentrasi tegangan di kaca, yang dapat meningkatkan ikatan antara dua lembar kaca.  Kaca yang terikat setelah pengelasan sangat kuat, dan sudah memungkinkan untuk mencapai pengelasan yang rapat antar kaca setebal 3 mm. Di masa mendatang, para peneliti juga fokus pada pelapisan pengelasan kaca dengan material lain. Saat ini, proses-proses baru ini belum diterapkan secara massal, tetapi begitu matang, niscaya akan memainkan peran penting dalam beberapa bidang aplikasi tingkat tinggi.