काचेच्या लेसर प्रक्रियेची सद्यस्थिती आणि क्षमता एक्सप्लोर करणे

गेल्या दशकात लेसर उत्पादन तंत्रज्ञानाचा झपाट्याने विकास झाला आहे, त्याचा प्राथमिक उपयोग धातूच्या साहित्यासाठी लेसर प्रक्रिया करणे हा आहे. धातूच्या लेसर प्रक्रियेतील लेसर कटिंग, लेसर वेल्डिंग आणि धातूंचे लेसर क्लॅडिंग या सर्वात महत्त्वाच्या प्रक्रिया आहेत. तथापि, एकाग्रता वाढत असताना, लेसर उत्पादनांचे एकरूपीकरण तीव्र झाले आहे, ज्यामुळे लेसर बाजाराची वाढ मर्यादित झाली आहे. म्हणून, यातून मार्ग काढण्यासाठी, लेसर अनुप्रयोगांना नवीन मटेरियल डोमेनमध्ये विस्तारणे आवश्यक आहे. लेसर वापरासाठी योग्य असलेल्या धातू नसलेल्या पदार्थांमध्ये कापड, काच, प्लास्टिक, पॉलिमर, सिरेमिक आणि बरेच काही समाविष्ट आहे. प्रत्येक मटेरियलमध्ये अनेक उद्योग असतात, परंतु परिपक्व प्रक्रिया तंत्रे आधीच अस्तित्वात आहेत, ज्यामुळे लेसर प्रतिस्थापन सोपे काम नाही.

धातू नसलेल्या पदार्थाच्या क्षेत्रात प्रवेश करण्यासाठी, त्या पदार्थाशी लेसरचा संवाद शक्य आहे का आणि प्रतिकूल प्रतिक्रिया येतील का याचे विश्लेषण करणे आवश्यक आहे. सध्या, बॅच लेसर प्रक्रिया अनुप्रयोगांसाठी उच्च मूल्य आणि क्षमता असलेले काच हे एक प्रमुख क्षेत्र म्हणून वेगळे आहे.

काचेच्या लेसर कटिंगसाठी मोठी जागा

काच ही एक महत्त्वाची औद्योगिक सामग्री आहे जी ऑटोमोटिव्ह, बांधकाम, वैद्यकीय आणि इलेक्ट्रॉनिक्स अशा विविध उद्योगांमध्ये वापरली जाते. त्याचे अनुप्रयोग मायक्रोमीटर मोजणारे लहान-प्रमाणात ऑप्टिकल फिल्टरपासून ते ऑटोमोटिव्ह किंवा बांधकाम सारख्या उद्योगांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या मोठ्या प्रमाणात काचेच्या पॅनेलपर्यंत आहेत.

काचेचे वर्गीकरण ऑप्टिकल ग्लास, क्वार्ट्ज ग्लास, मायक्रोक्रिस्टलाइन ग्लास, नीलमणी ग्लास आणि इतरांमध्ये केले जाऊ शकते. काचेचे महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे त्याची ठिसूळता, जी पारंपारिक प्रक्रिया पद्धतींसाठी महत्त्वपूर्ण आव्हाने निर्माण करते. पारंपारिक काच कापण्याच्या पद्धतींमध्ये सामान्यतः कठीण मिश्रधातू किंवा हिऱ्याची साधने वापरली जातात, कापण्याची प्रक्रिया दोन टप्प्यात विभागली जाते. प्रथम, काचेच्या पृष्ठभागावर डायमंड-टिप्ड टूल किंवा हार्ड अलॉय ग्राइंडिंग व्हील वापरून एक क्रॅक तयार केला जातो. दुसरे म्हणजे, क्रॅक रेषेसह काच वेगळे करण्यासाठी यांत्रिक साधनांचा वापर केला जातो. तथापि, या पारंपारिक प्रक्रियांमध्ये स्पष्ट तोटे आहेत. ते तुलनेने अकार्यक्षम आहेत, परिणामी कडा असमान होतात ज्यांना अनेकदा दुय्यम पॉलिशिंगची आवश्यकता असते आणि ते भरपूर कचरा आणि धूळ निर्माण करतात. शिवाय, काचेच्या पॅनल्सच्या मध्यभागी छिद्र पाडणे किंवा अनियमित आकार कापणे यासारख्या कामांसाठी, पारंपारिक पद्धती खूपच आव्हानात्मक असतात. इथेच लेसर कटिंग ग्लासचे फायदे स्पष्ट होतात. २०२२ मध्ये, चीनच्या काचेच्या उद्योगाच्या विक्रीतून मिळणारे उत्पन्न अंदाजे ७४४.३ अब्ज युआन होते. काच उद्योगात लेसर कटिंग तंत्रज्ञानाचा प्रवेश दर अद्याप त्याच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात आहे, जो लेसर कटिंग तंत्रज्ञानाचा पर्याय म्हणून वापर करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण जागा दर्शवितो.

काचेचे लेसर कटिंग: मोबाईल फोनपासून पुढे

काचेच्या आत उच्च शिखर शक्ती आणि घनता लेसर बीम निर्माण करण्यासाठी काचेच्या लेसर कटिंगमध्ये बहुतेकदा बेझियर फोकसिंग हेडचा वापर केला जातो. काचेच्या आत बेझियर बीम केंद्रित करून, ते तात्काळ पदार्थाचे बाष्पीभवन करते, ज्यामुळे बाष्पीभवन क्षेत्र तयार होते, जे वेगाने विस्तारते आणि वरच्या आणि खालच्या पृष्ठभागावर भेगा पडतात. या भेगा असंख्य लहान छिद्रांच्या बिंदूंनी बनलेला कटिंग विभाग बनवतात, ज्यामुळे बाह्य ताण फ्रॅक्चरमधून कटिंग शक्य होते.

लेसर तंत्रज्ञानातील लक्षणीय प्रगतीसह, शक्ती पातळी देखील वाढली आहे. २० वॅटपेक्षा जास्त पॉवर असलेला नॅनोसेकंद हिरवा लेसर काच प्रभावीपणे कापू शकतो, तर १५ वॅटपेक्षा जास्त पॉवर असलेला पिकोसेकंद अल्ट्राव्हायोलेट लेसर २ मिमीपेक्षा कमी जाडीचा काच सहज कापतो. असे काही चिनी उद्योग आहेत जे १७ मिमी जाडीपर्यंत काच कापू शकतात. लेसर कटिंग ग्लासमध्ये उच्च कार्यक्षमता आहे. उदाहरणार्थ, लेसर कटिंगद्वारे १० सेमी व्यासाचा काचेचा तुकडा ३ मिमी जाडीच्या काचेवर कापण्यास फक्त १० सेकंद लागतात, तर यांत्रिक चाकूंनी काही मिनिटे लागतात. लेसर-कट कडा गुळगुळीत आहेत, त्यांची अचूकता 30μm पर्यंत आहे, ज्यामुळे सामान्य औद्योगिक उत्पादनांसाठी दुय्यम मशीनिंगची आवश्यकता नाहीशी होते.

लेसर-कटिंग ग्लास हा तुलनेने अलीकडील विकास आहे, जो सुमारे सहा ते सात वर्षांपूर्वी सुरू झाला होता. कॅमेरा ग्लास कव्हरवर लेसर कटिंगचा वापर करणाऱ्या सुरुवातीच्या काळात मोबाईल फोन उत्पादन उद्योगातही हा वापर करण्यात आला आणि लेसर इनव्हिजिबिलिटी कटिंग डिव्हाइसच्या आगमनाने त्यात मोठी वाढ झाली. फुल-स्क्रीन स्मार्टफोन्सच्या लोकप्रियतेसह, संपूर्ण मोठ्या-स्क्रीन ग्लास पॅनल्सच्या अचूक लेसर कटिंगमुळे काचेच्या प्रक्रिया क्षमतेत लक्षणीय वाढ झाली आहे. मोबाईल फोनसाठी काचेच्या घटकांच्या प्रक्रियेच्या बाबतीत लेसर कटिंग सामान्य झाले आहे. हा ट्रेंड प्रामुख्याने मोबाईल फोन कव्हर ग्लासच्या लेसर प्रक्रियेसाठी स्वयंचलित उपकरणे, कॅमेरा प्रोटेक्शन लेन्ससाठी लेसर कटिंग उपकरणे आणि लेसर ड्रिलिंग ग्लास सब्सट्रेट्ससाठी बुद्धिमान उपकरणे यांच्यामुळे चालना मिळाली आहे.

कार-माउंटेड इलेक्ट्रॉनिक स्क्रीन ग्लास हळूहळू लेसर कटिंग स्वीकारत आहे

कारमध्ये बसवलेल्या स्क्रीन्सना काचेच्या पॅनल्सचा जास्त वापर होतो, विशेषतः सेंट्रल कंट्रोल स्क्रीन्स, नेव्हिगेशन सिस्टीम्स, डॅशकॅम्स इत्यादींसाठी. आजकाल, अनेक नवीन ऊर्जा वाहने बुद्धिमान प्रणाली आणि मोठ्या आकाराच्या केंद्रीय नियंत्रण स्क्रीनने सुसज्ज आहेत. ऑटोमोबाईल्समध्ये इंटेलिजेंट सिस्टीम्स मानक बनल्या आहेत, ज्यामध्ये मोठ्या आणि अनेक स्क्रीन आहेत, तसेच 3D वक्र स्क्रीन हळूहळू बाजारपेठेतील मुख्य प्रवाहात येत आहेत. कार-माउंट केलेल्या स्क्रीनसाठी ग्लास कव्हर पॅनेल त्यांच्या उत्कृष्ट वैशिष्ट्यांमुळे मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात आणि उच्च-गुणवत्तेचा वक्र स्क्रीन ग्लास ऑटोमोटिव्ह उद्योगासाठी अधिक उत्कृष्ट अनुभव प्रदान करू शकतो. तथापि, काचेची उच्च कडकपणा आणि ठिसूळपणा प्रक्रियेसाठी एक आव्हान निर्माण करतो.

कार-माउंट केलेल्या काचेच्या पडद्यांना उच्च अचूकता आवश्यक असते आणि एकत्रित केलेल्या संरचनात्मक घटकांची सहनशीलता खूपच कमी असते. चौरस/बार स्क्रीन कापताना मोठ्या आकारमानाच्या चुका झाल्यामुळे असेंब्लीमध्ये समस्या येऊ शकतात. पारंपारिक प्रक्रिया पद्धतींमध्ये चाक कापणे, मॅन्युअल ब्रेकिंग, सीएनसी शेपिंग आणि चेम्फरिंग यासारख्या अनेक पायऱ्यांचा समावेश असतो. ही यांत्रिक प्रक्रिया असल्याने, कमी कार्यक्षमता, निकृष्ट दर्जा, कमी उत्पादन दर आणि जास्त खर्च यासारख्या समस्यांना तोंड द्यावे लागते. चाक कापल्यानंतर, एकाच कारच्या सेंट्रल कंट्रोल कव्हर ग्लासच्या आकाराचे सीएनसी मशीनिंग ८-१० मिनिटे लागू शकते. १०० वॅटपेक्षा जास्त क्षमतेच्या अल्ट्रा-फास्ट लेसरसह, १७ मिमी काच एकाच झटक्यात कापता येते; अनेक उत्पादन प्रक्रिया एकत्रित केल्याने कार्यक्षमता ८०% वाढते, जिथे १ लेसर २० सीएनसी मशीन्सच्या बरोबरीचा असतो. यामुळे उत्पादकता मोठ्या प्रमाणात वाढते आणि युनिट प्रक्रिया खर्च कमी होतो.

काचेमध्ये लेसरचे इतर उपयोग

क्वार्ट्ज ग्लासची एक अद्वितीय रचना आहे, ज्यामुळे लेसरने कट विभाजित करणे कठीण होते, परंतु फेमटोसेकंद लेसर क्वार्ट्ज ग्लासवर एचिंगसाठी वापरले जाऊ शकतात. क्वार्ट्ज ग्लासवर अचूक मशीनिंग आणि एचिंगसाठी हे फेमटोसेकंद लेसरचा वापर आहे. फेमटोसेकंद लेसर तंत्रज्ञान हे अलिकडच्या काळात वेगाने विकसित होणारे प्रगत प्रक्रिया तंत्रज्ञान आहे, ज्यामध्ये अत्यंत उच्च प्रक्रिया अचूकता आणि वेग आहे, जे विविध सामग्रीच्या पृष्ठभागावर मायक्रोमीटर ते नॅनोमीटर-स्तरीय एचिंग आणि प्रक्रिया करण्यास सक्षम आहे.  बदलत्या बाजारातील मागणीनुसार लेसर कूलिंग तंत्रज्ञान बदलते. एक अनुभवी चिलर उत्पादक म्हणून जो आमचे अपडेट करतो वॉटर चिलर  बाजारातील ट्रेंडनुसार उत्पादन लाइन्स, TEYU चिलर उत्पादकाचे CWUP-मालिका अल्ट्राफास्ट लेसर चिलर्स 60W पर्यंतच्या पिकोसेकंद आणि फेमटोसेकंद लेसरसाठी कार्यक्षम आणि स्थिर कूलिंग सोल्यूशन्स प्रदान करू शकतात.

काचेचे लेसर वेल्डिंग हे एक नवीन तंत्रज्ञान आहे जे गेल्या दोन ते तीन वर्षांत उदयास आले आहे, सुरुवातीला ते जर्मनीमध्ये दिसून आले. सध्या, चीनमधील हुआगोंग लेसर, शियान इन्स्टिट्यूट ऑफ ऑप्टिक्स अँड फाइन मेकॅनिक्स आणि हार्बिन हिट वेल्ड टेक्नॉलॉजी यासारख्या काही युनिट्सनीच या तंत्रज्ञानाचा वापर केला आहे. उच्च-शक्तीच्या, अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स लेसरच्या कृती अंतर्गत, लेसरद्वारे निर्माण होणाऱ्या दाब लहरी काचेमध्ये सूक्ष्म क्रॅक किंवा ताण सांद्रता निर्माण करू शकतात, ज्यामुळे काचेच्या दोन तुकड्यांमध्ये बंधन वाढू शकते.  वेल्डिंगनंतर बॉन्डेड ग्लास खूप घट्ट असतो आणि ३ मिमी जाडीच्या काचेमध्ये घट्ट वेल्डिंग करणे आधीच शक्य आहे. भविष्यात, संशोधक इतर साहित्यांसह काचेच्या ओव्हरले वेल्डिंगवर देखील लक्ष केंद्रित करत आहेत. सध्या, या नवीन प्रक्रिया अद्याप बॅचमध्ये मोठ्या प्रमाणावर लागू केलेल्या नाहीत, परंतु एकदा त्या परिपक्व झाल्या की, त्या निःसंशयपणे काही उच्च-स्तरीय अनुप्रयोग क्षेत्रात महत्त्वाची भूमिका बजावतील.