Onderzoek naar de huidige status en het potentieel van glaslaserbewerking

Laserproductietechnologie heeft zich de afgelopen tien jaar snel ontwikkeld, met als belangrijkste toepassing laserbewerking van metalen. Lasersnijden, laserlassen en lasercladden van metalen behoren tot de belangrijkste processen in de metaallaserbewerking. Door de toenemende concentratie is de homogenisatie van laserproducten echter ernstig toegenomen, wat de groei van de lasermarkt beperkt. Om door te breken, moeten lasertoepassingen zich daarom uitbreiden naar nieuwe materiaaldomeinen. Niet-metalen materialen die geschikt zijn voor lasertoepassingen zijn onder andere textiel, glas, kunststoffen, polymeren, keramiek en meer. Elk materiaal omvat meerdere industrieën, maar er bestaan ​​al volwassen verwerkingstechnieken, waardoor lasersubstitutie geen eenvoudige opgave is.

Om een ​​niet-metalen materiaalveld te betreden, is het noodzakelijk om te analyseren of laserinteractie met het materiaal haalbaar is en of er nadelige reacties zullen optreden. Glas is momenteel een belangrijk gebied met een hoge toegevoegde waarde en potentieel voor batch-laserverwerking.

Grote ruimte voor glaslasersnijden

Glas is een belangrijk industrieel materiaal dat wordt gebruikt in diverse sectoren, zoals de automobielindustrie, de bouw, de medische sector en de elektronica. De toepassingen variëren van kleinschalige optische filters met een nauwkeurigheid van micrometers tot grootschalige glaspanelen voor toepassingen in de automobielindustrie of de bouw.

Glas kan worden onderverdeeld in optisch glas, kwartsglas, microkristallijn glas, saffierglas en meer. De belangrijkste eigenschap van glas is de broosheid, wat aanzienlijke uitdagingen vormt voor traditionele verwerkingsmethoden. Traditionele glasbewerkingsmethoden gebruiken doorgaans gereedschappen van harde legeringen of diamant, waarbij het snijproces in twee stappen is verdeeld. Ten eerste wordt een scheur in het glasoppervlak aangebracht met behulp van een gereedschap met een diamantpunt of een slijpschijf van harde legeringen. Ten tweede worden mechanische middelen gebruikt om het glas langs de scheurlijn te scheiden. Deze traditionele processen hebben echter duidelijke nadelen. Ze zijn relatief inefficiënt, wat resulteert in ongelijke randen die vaak secundair polijsten vereisen, en ze produceren veel vuil en stof. Bovendien zijn traditionele methoden behoorlijk uitdagend voor taken zoals het boren van gaten in het midden van glaspanelen of het snijden van onregelmatige vormen. Dit is waar de voordelen van lasersnijden van glas duidelijk worden. 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 de beginfase, wat wijst op een aanzienlijke ruimte voor de toepassing van lasersnijtechnologie als vervanging.

Glas lasersnijden: van mobiele telefoons tot verder

Bij het lasersnijden van glas wordt vaak een Bézier-focuskop gebruikt om laserstralen met een hoog piekvermogen en 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 snel uitzet en scheuren aan de boven- en onderkant vormt. Deze scheuren vormen het snijgedeelte, dat bestaat uit talloze kleine poriën, waardoor externe spanningsbreuken worden doorgesneden.

Dankzij 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 bestaan ​​Chinese bedrijven die glas tot 17 mm dik kunnen snijden. Lasersnijden van glas heeft een hoge efficiëntie. Zo duurt het snijden van een stuk glas met een diameter van 10 cm op een glas van 3 mm met lasersnijden slechts ongeveer 10 seconden, vergeleken met enkele minuten met mechanische messen. Lasergesneden randen zijn glad, met een kerfnauwkeurigheid tot 30 μm, waardoor secundaire bewerking voor algemene 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 pioniers en paste lasersnijden toe op cameraglascovers. De industrie beleefde een enorme opleving met de introductie van een lasersnijmachine voor onzichtbaarheid. Met de populariteit van full-screen smartphones heeft het nauwkeurig lasersnijden van complete glaspanelen met een groot scherm de glasverwerkingscapaciteit aanzienlijk vergroot. Lasersnijden is gemeengoed geworden bij de verwerking van glascomponenten voor mobiele telefoons. Deze trend is voornamelijk gedreven door geautomatiseerde apparatuur voor het lasersnijden van glas voor mobiele telefooncovers, lasersnijmachines voor cameralensbescherming en intelligente apparatuur voor het laserboren van glassubstraten.

Elektronische schermen voor auto's maken geleidelijk gebruik van lasersnijden

Schermen in auto's verbruiken veel glaspanelen, met name voor centrale bedieningsschermen, navigatiesystemen, dashcams, enz. Tegenwoordig zijn veel nieuwe energievoertuigen uitgerust met intelligente systemen en extra grote centrale bedieningsschermen. Intelligente systemen zijn standaard geworden in auto's, met grote en meervoudige schermen, evenals 3D-gebogen schermen die geleidelijk de markt veroveren. Glazen afdekpanelen voor in auto's gemonteerde schermen worden veel gebruikt vanwege hun uitstekende eigenschappen, en een hoogwaardig gebogen schermglas kan een ultieme ervaring bieden voor de auto-industrie. De hoge hardheid en broosheid van glas vormen echter een uitdaging bij de verwerking.

Glasschermen voor montage in auto's vereisen een hoge precisie en de toleranties van de geassembleerde structurele componenten zijn zeer klein. Grote maatafwijkingen tijdens het snijden van vierkante/staafschermen kunnen leiden tot montageproblemen. Traditionele bewerkingsmethoden omvatten meerdere stappen, zoals het snijden van wielen, handmatig breken, CNC-bewerking en afschuinen, onder andere. Omdat het een mechanische bewerking is, kampt het met problemen zoals een lage efficiëntie, slechte kwaliteit, lage opbrengst en hoge kosten. Na het snijden van wielen kan CNC-bewerking van één centraal gestuurde afdekglasvorm voor een auto tot 8-10 minuten duren. Met ultrasnelle lasers van meer dan 100 W kan een glas 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 verwerkingskosten per eenheid.

Andere toepassingen van lasers in glas

Kwartsglas heeft een unieke structuur, waardoor het moeilijk is om met lasers te snijden. Femtosecondelasers kunnen echter wel worden gebruikt voor het etsen van kwartsglas. Dit is een toepassing van femtosecondelasers voor precisiebewerking en etsen op kwartsglas. Femtosecondelasertechnologie is een zich de afgelopen jaren snel ontwikkelende, geavanceerde verwerkingstechnologie met extreem hoge verwerkingsprecisie en -snelheid, die etsen en bewerken op micrometer- tot nanometerniveau op diverse materiaaloppervlakken mogelijk maakt. De laserkoeltechnologie varieert met de veranderende marktvraag. Als ervaren fabrikant van koelmachines die onze productielijnen voor waterkoelers actualiseert in lijn met de markttrends, kunnen de ultrasnelle laserkoelers uit de CWUP-serie van TEYU Chiller Manufacturer efficiënte en stabiele koeloplossingen bieden voor picoseconde- en femtosecondelasers met vermogens tot 60 W.

Laserlassen van glas is een nieuwe technologie die de afgelopen twee tot drie jaar is ontstaan ​​en aanvankelijk in Duitsland werd geïntroduceerd. Momenteel hebben slechts enkele bedrijven in China, zoals Huagong Laser, het Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics en Harbin Hit Weld Technology, deze technologie doorbroken. Onder invloed van krachtige, ultrakorte pulslasers kunnen de door lasers gegenereerde drukgolven microscheurtjes of spanningsconcentraties in het glas creëren, wat de hechting tussen twee glasplaten kan bevorderen. Het gelijmde glas is na het lassen zeer stevig en het is nu al mogelijk om een ​​strakke verbinding te maken tussen glas van 3 mm dik. In de toekomst richten onderzoekers zich ook op het overlappen van glas met andere materialen. Momenteel worden deze nieuwe processen nog niet op grote schaal batchgewijs toegepast, maar zodra ze volwassen zijn, zullen ze ongetwijfeld een belangrijke rol spelen in een aantal hoogwaardige toepassingsgebieden.