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Attualmente, il vetro si distingue come un settore importante con un alto valore aggiunto e un potenziale per le applicazioni di lavorazione laser in batch. La tecnologia laser a femtosecondi è una tecnologia di elaborazione avanzata in rapido sviluppo negli ultimi anni, con precisione e velocità di elaborazione estremamente elevate, in grado di eseguire incisioni e lavorazioni a livello da micrometri a nanometri su varie superfici di materiali (inclusa la lavorazione laser del vetro).
La tecnologia di produzione laser ha visto un rapido sviluppo negli ultimi dieci anni, con la sua applicazione principale nella lavorazione laser di materiali metallici. Il taglio laser, la saldatura laser e il rivestimento laser dei metalli sono tra i processi più importanti nella lavorazione laser dei metalli. Tuttavia, con l’aumento della concentrazione, l’omogeneizzazione dei prodotti laser è diventata grave, limitando la crescita del mercato laser. Pertanto, per sfondare, le applicazioni laser devono espandersi in nuovi domini materiali. I materiali non metallici adatti all'applicazione laser includono tessuti, vetro, plastica, polimeri, ceramica e altro ancora. Ogni materiale coinvolge più settori, ma esistono già tecniche di lavorazione mature, rendendo la sostituzione del laser non un compito facile.
Per entrare in un campo di materiali non metallici, è necessario analizzare se l'interazione del laser con il materiale è fattibile e se si verificheranno reazioni avverse. Attualmente, il vetro si distingue come un settore importante con un alto valore aggiunto e un potenziale per le applicazioni di lavorazione laser in batch.
Ampio spazio per il taglio laser del vetro
Il vetro è un importante materiale industriale utilizzato in vari settori come quello automobilistico, edile, medico ed elettronico. Le sue applicazioni spaziano dai filtri ottici su piccola scala che misurano i micrometri ai pannelli di vetro su larga scala utilizzati in settori come quello automobilistico o dell'edilizia.
Il vetro può essere classificato in vetro ottico, vetro al quarzo, vetro microcristallino, vetro zaffiro e altro. La caratteristica principale del vetro è la sua fragilità, che pone sfide significative ai metodi di lavorazione tradizionali. I metodi tradizionali di taglio del vetro utilizzano tipicamente utensili in lega dura o diamantati, con il processo di taglio diviso in due fasi. Innanzitutto si crea una crepa sulla superficie del vetro utilizzando un utensile con punta diamantata o una mola in lega dura. In secondo luogo, vengono impiegati mezzi meccanici per separare il vetro lungo la linea di fessurazione. Tuttavia, questi processi tradizionali presentano evidenti inconvenienti. Sono relativamente inefficienti, con conseguenti bordi irregolari che spesso richiedono una lucidatura secondaria e producono molti detriti e polvere. Inoltre, per attività quali praticare fori al centro di pannelli di vetro o tagliare forme irregolari, i metodi tradizionali sono piuttosto impegnativi. È qui che diventano evidenti i vantaggi del taglio laser del vetro. Nel 2022, il fatturato delle vendite dell’industria del vetro in Cina è stato di circa 744,3 miliardi di yuan. Il tasso di penetrazione della tecnologia di taglio laser nell’industria del vetro è ancora nella fase iniziale, indicando uno spazio significativo per l’applicazione della tecnologia di taglio laser come sostituto.
Taglio laser del vetro: dai cellulari in poi
Il taglio laser del vetro utilizza spesso una testa di focalizzazione Bezier per generare raggi laser ad alta potenza di picco e densità all'interno del vetro. Focalizzando il raggio di Bezier all'interno del vetro, vaporizza istantaneamente il materiale, creando una zona di vaporizzazione, che si espande rapidamente fino a formare fessure sulle superfici superiore e inferiore. Queste crepe formano la sezione di taglio composta da innumerevoli minuscoli punti di poro, ottenendo il taglio attraverso fratture da stress esterne.
Con i progressi significativi nella tecnologia laser, anche i livelli di potenza sono aumentati. Un laser verde a nanosecondi con una potenza superiore a 20 W può tagliare efficacemente il vetro, mentre un laser ultravioletto a picosecondi con una potenza superiore a 15 W taglia senza sforzo il vetro con uno spessore inferiore a 2 mm. Esistono aziende cinesi che possono tagliare il vetro fino a 17 mm di spessore. Il vetro tagliato al laser vanta un'elevata efficienza. Ad esempio, il taglio di un pezzo di vetro di 10 cm di diametro su un vetro di 3 mm di spessore richiede solo circa 10 secondi con il taglio laser rispetto a diversi minuti con i coltelli meccanici. I bordi tagliati al laser sono lisci, con una precisione dell'intaglio fino a 30μm, eliminando la necessità di lavorazioni secondarie per prodotti industriali generali.
Il taglio del vetro al laser è uno sviluppo relativamente recente, iniziato circa sei-sette anni fa. L’industria manifatturiera dei telefoni cellulari è stata tra i primi ad adottare il taglio laser sui vetri delle fotocamere e ha registrato un’impennata con l’introduzione di un dispositivo di taglio laser invisibile. Con la popolarità degli smartphone a schermo intero, il taglio laser preciso di interi pannelli di vetro di grandi dimensioni ha notevolmente aumentato la capacità di lavorazione del vetro. Il taglio laser è diventato comune quando si tratta della lavorazione di componenti in vetro per telefoni cellulari. Questa tendenza è stata guidata principalmente dalle apparecchiature automatizzate per la lavorazione laser del vetro di copertura dei telefoni cellulari, dai dispositivi di taglio laser per le lenti di protezione delle fotocamere e dalle apparecchiature intelligenti per la perforazione laser dei substrati di vetro.
Il vetro dello schermo elettronico montato sull'auto sta gradualmente adottando il taglio laser
Gli schermi montati sulle auto consumano molti pannelli di vetro, soprattutto per schermi di controllo centrale, sistemi di navigazione, dashcam, ecc. Al giorno d'oggi, molti veicoli di nuova energia sono dotati di sistemi intelligenti e schermi di controllo centrale sovradimensionati. I sistemi intelligenti sono diventati standard nelle automobili, con schermi grandi e multipli, così come gli schermi curvi 3D che stanno gradualmente diventando il mainstream del mercato. I pannelli di copertura in vetro per schermi montati su auto sono ampiamente utilizzati grazie alle loro eccellenti caratteristiche e un vetro curvo di alta qualità può fornire un'esperienza più definitiva per l'industria automobilistica. Tuttavia, l’elevata durezza e fragilità del vetro rappresentano una sfida per la lavorazione.
Gli schermi in vetro montati sulle auto richiedono un'elevata precisione e le tolleranze dei componenti strutturali assemblati sono molto ridotte. Grandi errori dimensionali durante il taglio degli schermi quadrati/a barre possono portare a problemi di assemblaggio. I metodi di lavorazione tradizionali prevedono più fasi come il taglio della ruota, la rottura manuale, la modellatura CNC e la smussatura, tra gli altri. Poiché si tratta di una lavorazione meccanica, presenta problemi quali bassa efficienza, scarsa qualità, basso rendimento e costi elevati. Dopo il taglio della ruota, la lavorazione CNC della forma del vetro di copertura del controllo centrale di una singola vettura può richiedere fino a 8-10 minuti. Con laser ultraveloci da oltre 100 W, è possibile tagliare un vetro da 17 mm in una sola passata; l'integrazione di più processi produttivi aumenta l'efficienza dell'80%, dove 1 laser equivale a 20 macchine CNC. Ciò migliora notevolmente la produttività e riduce i costi di lavorazione unitari.
Altre applicazioni dei laser nel vetro
Il vetro al quarzo ha una struttura unica, che rende difficile il taglio con i laser, ma i laser a femtosecondi possono essere utilizzati per incidere il vetro al quarzo. Si tratta di un'applicazione dei laser a femtosecondi per la lavorazione di precisione e l'incisione su vetro di quarzo.La tecnologia laser a femtosecondi è una tecnologia di elaborazione avanzata in rapido sviluppo negli ultimi anni, con precisione e velocità di elaborazione estremamente elevate, in grado di eseguire incisioni e lavorazioni a livello da micrometri a nanometri su varie superfici di materiali. La tecnologia di raffreddamento laser varia in base alle mutevoli richieste del mercato. In qualità di produttore esperto di refrigeratori che aggiorna il nostrorefrigeratore d'acqua linee di produzione in linea con le tendenze del mercato, i refrigeratori laser ultraveloci della serie CWUP del produttore di refrigeratori TEYU sono in grado di fornire soluzioni di raffreddamento efficienti e stabili per laser a picosecondi e femtosecondi fino a 60 W.
La saldatura laser del vetro è una nuova tecnologia emersa negli ultimi due o tre anni, inizialmente apparsa in Germania. Attualmente, solo poche unità in Cina, come Huagong Laser, Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics e Harbin Hit Weld Technology, hanno superato questa tecnologia.Sotto l'azione di laser ad alta potenza e impulsi ultracorti, le onde di pressione generate dai laser possono creare microfessure o concentrazioni di stress nel vetro, che possono favorire il legame tra due pezzi di vetro. Il vetro incollato dopo la saldatura è molto solido ed è già possibile ottenere saldature strette tra vetri spessi 3 mm. In futuro i ricercatori si concentreranno anche sulla saldatura sovrapposta del vetro con altri materiali. Attualmente questi nuovi processi non sono ancora stati ampiamente applicati in batch, ma una volta maturati giocheranno senza dubbio un ruolo importante in alcuni campi applicativi di fascia alta.
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