Een onderzoek naar de huidige status en het potentieel van laserbewerking van glas.

Laserproductietechnologie heeft de afgelopen tien jaar een snelle ontwikkeling doorgemaakt, met als belangrijkste toepassing de laserbewerking van metalen materialen. Lasersnijden, laserlassen en lasercladding van metalen behoren tot de belangrijkste processen in de metaallaserbewerking. Door de toenemende concentratie is de homogenisering van laserproducten echter sterk toegenomen, wat de groei van de lasermarkt beperkt. Om door te breken, moeten lasertoepassingen daarom worden uitgebreid naar nieuwe materiaalsoorten. Niet-metalen materialen die geschikt zijn voor laserbewerking zijn onder andere textiel, glas, kunststoffen, polymeren, keramiek en meer. Elk materiaal is geschikt voor meerdere industrieën, maar er bestaan ​​al volwaardige bewerkingstechnieken, waardoor het vervangen van lasertechnologie geen eenvoudige opgave is.

Om een ​​toepassing in de niet-metalen materialenmarkt te betreden, is het noodzakelijk te analyseren of laserinteractie met het materiaal mogelijk is en of er ongewenste reacties zullen optreden. Glas is momenteel een belangrijk gebied met een hoge toegevoegde waarde en potentie voor laserbewerking in grote hoeveelheden.

Grote ruimte voor lasersnijden van glas

Glas is een belangrijk industrieel materiaal dat in diverse sectoren wordt gebruikt, zoals de auto-industrie, de bouw, de medische sector en de elektronica. De toepassingen variëren van minuscule optische filters met een afmeting van enkele micrometers tot grote glaspanelen die worden gebruikt in industrieën zoals de auto-industrie of de bouw.

Glas kan worden onderverdeeld in optisch glas, kwartsglas, microkristallijn glas, saffierglas en meer. Een belangrijk kenmerk van glas is de broosheid, wat aanzienlijke uitdagingen oplevert voor traditionele bewerkingsmethoden. Traditionele glassnijmethoden maken doorgaans gebruik van gereedschap van hardmetaal of diamant, waarbij het snijproces in twee stappen is verdeeld. Eerst wordt een scheur in het glasoppervlak gemaakt met een diamantgereedschap of een slijpschijf van hardmetaal. Vervolgens worden de glasdelen mechanisch langs de scheurlijn gescheiden. Deze traditionele processen hebben echter duidelijke nadelen. Ze zijn relatief inefficiënt, resulteren in ongelijkmatige randen die vaak nabewerking vereisen, en ze produceren veel afval en stof. Bovendien zijn traditionele methoden erg lastig voor taken zoals het boren van gaten in het midden van glaspanelen of het snijden van onregelmatige vormen. Hier komen de voordelen van lasersnijden van glas duidelijk naar voren. In 2022 bedroeg de omzet van de Chinese glasindustrie ongeveer 744,3 miljard yuan. De penetratiegraad van lasersnijtechnologie in de glasindustrie bevindt zich nog in een beginstadium, wat aangeeft dat er aanzienlijke ruimte is voor de toepassing van lasersnijtechnologie als alternatief.

Lasersnijden van glas: van mobiele telefoons tot nu.

Bij het lasersnijden van glas wordt vaak een Bézier-focusseerkop gebruikt om laserstralen met een hoog piekvermogen en een hoge dichtheid in het glas te genereren. Door de Bézier-straal in het glas te focussen, verdampt het materiaal onmiddellijk, waardoor een verdampingszone ontstaat die zich snel uitbreidt en scheuren vormt aan de boven- en onderkant. Deze scheuren vormen het snijvlak, dat bestaat uit talloze kleine poriën, waardoor er door externe spanningsbreuken heen gesneden kan worden.

Door de aanzienlijke vooruitgang in lasertechnologie zijn ook de vermogensniveaus toegenomen. Een nanoseconde groene laser met een vermogen van meer dan 20 W kan effectief glas snijden, terwijl een picoseconde ultraviolette laser met een vermogen van meer dan 15 W moeiteloos glas van minder dan 2 mm dik snijdt. Er zijn Chinese bedrijven die glas tot 17 mm dik kunnen snijden. Lasersnijden van glas is zeer efficiënt. Zo duurt het snijden van een stuk glas met een diameter van 10 cm uit 3 mm dik glas slechts ongeveer 10 seconden met een laser, vergeleken met meerdere minuten met mechanische messen. Lasergesneden randen zijn glad, met een kerfnauwkeurigheid tot 30 μm, waardoor nabewerking voor gangbare industriële producten overbodig is.

Lasersnijden van glas is een relatief recente ontwikkeling, die zo'n zes tot zeven jaar geleden begon. De mobiele telefoonindustrie behoorde tot de eerste gebruikers en paste lasersnijden toe op camerabeschermglazen. De introductie van een onzichtbaar lasersnijapparaat zorgde voor een sterke groei. Met de populariteit van smartphones met een volledig scherm heeft het nauwkeurig lasersnijden van complete glazen panelen voor grote schermen de glasbewerkingscapaciteit aanzienlijk vergroot. Lasersnijden is inmiddels gemeengoed geworden voor de verwerking van glazen componenten voor mobiele telefoons. Deze trend is voornamelijk te danken aan geautomatiseerde apparatuur voor laserbewerking van telefoonbeschermglazen, lasersnijapparaten voor camerabeschermlenzen en intelligente apparatuur voor laserboren van glassubstraten.

Lasersnijden wordt steeds vaker toegepast op het glas van elektronische schermen in auto's.

Schermen in auto's verbruiken veel glas, vooral voor centrale bedieningsschermen, navigatiesystemen, dashcams, enzovoort. Tegenwoordig zijn veel elektrische voertuigen uitgerust met intelligente systemen en extra grote centrale bedieningsschermen. Intelligente systemen zijn de standaard geworden in auto's, met grote en meerdere schermen, en 3D-gebogen schermen die geleidelijk aan de markt domineren. Glazen afdekpanelen voor autoschermen worden veel gebruikt vanwege hun uitstekende eigenschappen, en hoogwaardig gebogen schermglas kan de auto-industrie een nog betere ervaring bieden. De hoge hardheid en breekbaarheid van glas vormen echter een uitdaging bij de verwerking.

Autoruiten vereisen een hoge precisie en de toleranties van de geassembleerde structurele componenten zijn zeer klein. Grote maatafwijkingen tijdens het snijden van vierkante/staafvormige schermen kunnen leiden tot montageproblemen. Traditionele bewerkingsmethoden omvatten meerdere stappen, zoals wielsnijden, handmatig breken, CNC-vormen en afschuinen. Omdat het mechanische bewerking betreft, kampt het met problemen zoals een lage efficiëntie, slechte kwaliteit, een lage opbrengst en hoge kosten. Na het wielsnijden kan het CNC-bewerken van één enkele ruit voor de centrale bedieningsconsole tot 8-10 minuten duren. Met ultrasnelle lasers van meer dan 100W kan een ruit van 17 mm in één keer worden gesneden; de integratie van meerdere productieprocessen verhoogt de efficiëntie met 80%, waarbij 1 laser gelijk staat aan 20 CNC-machines. Dit verbetert de productiviteit aanzienlijk en verlaagt de productiekosten per eenheid.

Andere toepassingen van lasers in glas

Kwartsglas heeft een unieke structuur, waardoor het moeilijk is om het met lasers te splitsen en te snijden. Femtoseconde lasers kunnen echter wel worden gebruikt voor het etsen van kwartsglas. Dit is een toepassing van femtoseconde lasers voor precisiebewerking en etsen op kwartsglas. Femtoseconde lasertechnologie is de afgelopen jaren een snel ontwikkelende, geavanceerde verwerkingstechnologie met een extreem hoge verwerkingsprecisie en -snelheid, die etsen en bewerken op micrometer- tot nanometerniveau mogelijk maakt op diverse materiaaloppervlakken. Laserkoelingstechnologie evolueert met de veranderende marktvraag. Als ervaren fabrikant van koelinstallaties die onze technologie continu bijwerkt, waterkoeler De productielijnen van TEYU Chiller Manufacturer's CWUP-serie ultrasnelle laserkoelers bieden efficiënte en stabiele koeloplossingen voor picoseconde- en femtoseconde-lasers met een vermogen tot 60W.

Laserlassen van glas is een nieuwe technologie die de afgelopen twee tot drie jaar is ontstaan, aanvankelijk in Duitsland. Momenteel beheersen slechts enkele bedrijven in China, zoals Huagong Laser, het Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics en Harbin Hit Weld Technology, deze technologie. Onder invloed van krachtige, ultrakorte laserpulsen creëren de door de lasers gegenereerde drukgolven microscheurtjes of spanningsconcentraties in het glas, wat de hechting tussen twee glasplaten bevordert. Het gelaste glas is zeer stevig en het is al mogelijk om een ​​dichte verbinding te realiseren tussen glasplaten van 3 mm dik. In de toekomst richten onderzoekers zich ook op het oplassen van glas met andere materialen. Deze nieuwe processen worden momenteel nog niet op grote schaal toegepast, maar zodra ze volwassen zijn, zullen ze ongetwijfeld een belangrijke rol spelen in bepaalde hoogwaardige toepassingsgebieden.