2002年以来、レーザーシステムと産業用アプリケーション向けの精密温度制御
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現在、ガラスは付加価値が高く、バッチレーザー加工用途の可能性を秘めた主要分野として際立っています。フェムト秒レーザー技術は、近年急速に発展を遂げている先端加工技術であり、非常に高い加工精度と速度で、様々な材料表面（ガラスレーザー加工を含む）に対して、マイクロメートルからナノメートルレベルのエッチングや加工が可能です。
レーザー製造技術は過去 10 年間で急速に発展しており、その主な用途は金属材料のレーザー加工です。金属のレーザー切断、レーザー溶接、レーザー被覆は、金属レーザー加工の中で最も重要なプロセスの 1 つです。しかし、濃度が高まるにつれてレーザー製品の均質化が厳しくなり、レーザー市場の成長が制限されています。したがって、突破口を開くには、レーザー応用を新しい材料領域に拡張する必要があります。レーザー用途に適した非金属材料には、布地、ガラス、プラスチック、ポリマー、セラミックなどが含まれます。各材料には複数の産業が関係していますが、成熟した加工技術がすでに存在しているため、レーザーの代替は簡単ではありません。
非金属材料分野への参入には、レーザーによる材料との相互作用が可能か、副作用は起こらないかなどを解析する必要があります。現在、ガラスは付加価値が高く、バッチレーザー加工用途の可能性を秘めた主要分野として際立っています。
ガラスレーザー切断のための広いスペース
ガラスは自動車、建設、医療、エレクトロニクスなどのさまざまな産業で使用される重要な工業用素材です。その用途は、マイクロメートル単位の小型の光学フィルターから、自動車や建設などの産業で使用される大型のガラスパネルまで多岐にわたります。
ガラスは光学ガラス、石英ガラス、微結晶ガラス、サファイアガラスなどに分類できます。ガラスの大きな特徴はその脆さであり、これが従来の加工方法にとって大きな課題となっています。従来のガラス切断方法では通常、超硬合金またはダイヤモンド工具が使用され、切断プロセスは 2 つのステップに分かれています。まず、ダイヤモンドのついた工具や超硬合金砥石などを使ってガラスの表面に亀裂を入れます。次に、亀裂線に沿ってガラスを分離するために機械的手段が使用されます。ただし、これらの従来のプロセスには明らかな欠点があります。これらは比較的効率が悪く、エッジが不均一になり、多くの場合二次研磨が必要になり、大量の破片や粉塵が発生します。さらに、ガラスパネルの中央に穴を開けたり、不規則な形状を切断したりするような作業では、従来の方法では非常に困難です。ここで、ガラスをレーザー切断する利点が明らかになります。 2022年の中国のガラス産業の売上収益は約7,443億元となった。ガラス業界におけるレーザー切断技術の普及率はまだ初期段階にあり、代替としてレーザー切断技術を適用する余地が大きいことを示しています。
ガラスのレーザー切断: 携帯電話以降
ガラスのレーザー切断では、多くの場合、ベジェ集束ヘッドを使用して、ガラス内に高いピーク出力と密度のレーザービームを生成します。ガラス内部でベジェ ビームを集束させることにより、材料が瞬時に蒸発して蒸発ゾーンが形成され、急速に拡大して上下面に亀裂が形成されます。このクラックにより無数の微小な細孔からなる切断面が形成され、外部応力破壊による切断が実現します。
レーザー技術の大幅な進歩により、出力レベルも増加しました。 20Wを超える出力のナノ秒緑色レーザーはガラスを効果的に切断でき、15Wを超える出力のピコ秒紫外線レーザーは厚さ2mm以下のガラスを難なく切断します。厚さ17mmまでのガラスを切断できる中国企業が存在する。高い効率を誇るガラスのレーザー切断。たとえば、厚さ 3 mm のガラスで直径 10 cm のガラス片を切断する場合、機械式ナイフでは数分かかるのに対し、レーザー切断ではわずか 10 秒程度で済みます。レーザーカットのエッジは滑らかで、ノッチ精度は最大30μmで、一般的な工業製品のような二次加工が不要です。
ガラスのレーザー切断は比較的最近の開発で、約 6 ～ 7 年前に始まりました。携帯電話製造業界は、カメラのガラス カバーにレーザー切断を使用し、レーザー不可視切断装置の導入により急増を経験しました。フルスクリーンスマートフォンの人気に伴い、大画面ガラスパネル全体を正確にレーザー切断することで、ガラス加工能力が大幅に向上しました。携帯電話のガラス部品の加工では、レーザー切断が一般的になりました。この傾向は主に、携帯電話のカバーガラスのレーザー加工用の自動化装置、カメラ保護レンズ用のレーザー切断装置、ガラス基板のレーザー穴あけ用のインテリジェント装置によって推進されてきました。
車載電子スクリーンガラスは徐々にレーザー切断を採用
車載スクリーンは、特に中央制御スクリーン、ナビゲーション システム、ドライブレコーダーなどに多くのガラス パネルを使用します。現在、多くの新エネルギー車にはインテリジェント システムと大型の中央制御スクリーンが装備されています。自動車ではインテリジェントシステムが標準となり、大画面・多画面化や3D曲面画面が徐々に市場の主流になりつつあります。車載スクリーン用のガラスカバーパネルは、その優れた特性により広く使用されており、高品質の曲面スクリーンガラスは自動車業界により究極の体験を提供することができます。しかし、ガラスは硬度が高く脆いため、加工が困難です。
車載ガラススクリーンは高い精度が要求され、組み立てられる構造部品の公差は非常に小さいです。スクエア/バースクリーンの切断時に大きな寸法誤差が生じると、組み立ての問題が発生する可能性があります。従来の加工方法には、ホイール切断、手動ブレーキング、CNC 成形、面取りなどの複数のステップが含まれます。機械加工であるため、効率が悪く、品質が悪く、歩留まりが低く、コストが高いという問題があります。ホイールの切断後、1 台の車両の中央制御カバー ガラス形状の CNC 加工には最大 8 ～ 10 分かかる場合があります。 100Wを超える超高速レーザーを使用すると、17mmのガラスをワンストロークで切断できます。複数の生産プロセスを統合することで効率が 80% 向上し、1 つのレーザーが 20 台の CNC マシンに相当します。これにより生産性が大幅に向上し、処理単位コストが削減されます。
ガラスにおけるレーザーのその他の応用
石英ガラスは特殊な構造をしているため、レーザーによる分割カットは困難ですが、フェムト秒レーザーなら石英ガラスのエッチングが可能です。これは、石英ガラスの精密加工やエッチングにフェムト秒レーザーを応用したものです。フェムト秒レーザー技術は、近年急速に発展を遂げている先端加工技術であり、極めて高い加工精度と加工速度を有しており、さまざまな材料表面にマイクロメートルからナノメートルレベルのエッチングや加工が可能です。 レーザー冷却技術は市場の需要の変化に応じて変化します。経験豊富なチラーメーカーとして、冷水器 TEYU チラー メーカーの CWUP シリーズ超高速レーザー チラーは、市場動向に合わせた生産ラインを実現し、最大 60 W のピコ秒レーザーおよびフェムト秒レーザーに効率的で安定した冷却ソリューションを提供できます。
ガラスのレーザー溶接は、ここ 2 ～ 3 年で登場した新しい技術で、最初はドイツで登場しました。現在、中国では、Huagong Laser、西安光学精密機械研究所、Harbin Hit Weld Technology などの数社のみがこの技術を突破しています。高出力の超短パルスレーザーの作用下では、レーザーによって生成された圧力波によりガラスに微小亀裂や応力集中が生じ、2 枚のガラス間の結合が促進されることがあります。 溶着後のガラスは非常に強固で、厚さ3mmのガラス同士でもしっかりと溶着することが可能です。将来的には、研究者はガラスと他の材料の肉盛溶接にも焦点を当てています。現在、これらの新しいプロセスはバッチではまだ広く適用されていませんが、成熟すれば、間違いなく一部のハイエンド アプリケーション分野で重要な役割を果たすでしょう。
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TEYU S&A Chiller は 23 年のチラー製造経験を持ち、2002 年に設立されました。現在では、冷却技術の先駆者であり、レーザー業界の信頼できるパートナーとして認められています。
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