Utforsker den nåværende statusen og potensialet for glasslaserbehandling

Laserproduksjonsteknologi har hatt en rask utvikling det siste tiåret, med laserbehandling av metallmaterialer som hovedapplikasjon. Laserskjæring, lasersveising og laserkledning av metaller er blant de viktigste prosessene innen metalllaserbehandling. Men etter hvert som konsentrasjonen øker, har homogeniseringen av laserprodukter blitt alvorlig, noe som begrenser veksten i lasermarkedet. For å slå gjennom må laserapplikasjoner derfor utvides til nye materialdomener. Ikke-metalliske materialer som er egnet for laserapplikasjoner inkluderer tekstiler, glass, plast, polymerer, keramikk og mer. Hvert materiale involverer flere bransjer, men modne prosesseringsteknikker finnes allerede, noe som gjør lasersubstitusjon ikke til en enkel oppgave.

For å gå inn i et felt for ikke-metalliske materialer, er det nødvendig å analysere om laserinteraksjon med materialet er mulig og om det vil oppstå bivirkninger. For tiden fremstår glass som et viktig område med høy merverdi og potensial for batch-laserprosessering.

Stor plass for laserskjæring av glass

Glass er et viktig industrimateriale som brukes i ulike bransjer som bilindustri, bygg og anlegg, medisin og elektronikk. Bruksområdene spenner fra småskala optiske filtre som måler mikrometer til store glasspaneler som brukes i bransjer som bilindustri eller bygg og anlegg.

Glass kan kategoriseres som optisk glass, kvartsglass, mikrokrystallinsk glass, safirglass og mer. Glassets viktigste egenskap er dets sprøhet, noe som gir betydelige utfordringer for tradisjonelle bearbeidingsmetoder. Tradisjonelle glasskjæremetoder bruker vanligvis harde legeringer eller diamantverktøy, og skjæreprosessen er delt inn i to trinn. For det første lages en sprekk på glassoverflaten ved hjelp av et diamantbelagt verktøy eller en hardlegert slipeskive. For det andre brukes mekaniske midler for å separere glasset langs sprekklinjen. Imidlertid har disse tradisjonelle prosessene klare ulemper. De er relativt ineffektive, noe som resulterer i ujevne kanter som ofte krever sekundær polering, og de produserer mye rusk og støv. Dessuten er tradisjonelle metoder ganske utfordrende for oppgaver som å bore hull i midten av glasspaneler eller skjære uregelmessige former. Det er her fordelene med laserskjæring av glass blir tydelige. I 2022 var Kinas glassindustris salgsinntekter omtrent 744,3 milliarder yuan. Penetrasjonsraten for laserskjæreteknologi i glassindustrien er fortsatt i sin innledende fase, noe som indikerer et betydelig rom for anvendelse av laserskjæreteknologi som erstatning.

Glasslaserskjæring: Fra mobiltelefoner og utover

Glasslaserskjæring bruker ofte et Bezier-fokuseringshode for å generere laserstråler med høy toppeffekt og tetthet i glasset. Ved å fokusere Bezier-strålen inne i glasset fordamper den materialet umiddelbart, og skaper en fordampningssone som raskt utvider seg og danner sprekker på de øvre og nedre overflatene. Disse sprekkene danner skjæreseksjonen som består av utallige små porepunkter, og oppnår skjæring gjennom eksterne spenningsbrudd.

Med betydelige fremskritt innen laserteknologi har også effektnivåene økt. En nanosekund grønn laser med over 20 W effekt kan effektivt skjære glass, mens en pikosekund ultrafiolett laser med over 15 W effekt uanstrengt skjærer glass under 2 mm tykkelse. Det finnes kinesiske bedrifter som kan skjære glass opptil 17 mm tykt. Laserskjæring av glass kan skryte av høy effektivitet. For eksempel tar det bare rundt 10 sekunder å skjære et glassstykke med en diameter på 10 cm på et 3 mm tykt glass med laserskjæring, sammenlignet med flere minutter med mekaniske kniver. Laserkuttede kanter er glatte, med en hakknøyaktighet på opptil 30 μm, noe som eliminerer behovet for sekundær maskinering for generelle industriprodukter.

Laserskjæring av glass er en relativt ny utvikling, og startet for rundt seks til syv år siden. Mobiltelefonproduksjonsindustrien var blant de tidlige brukerne, og brukte laserskjæring på kameraglassdeksler og opplevde en kraftig økning med introduksjonen av en laserskæreenhet for usynlighet. Med populariteten til fullskjerms smarttelefoner har presis laserskjæring av hele store glasspaneler økt glassbehandlingskapasiteten betydelig. Laserskjæring har blitt vanlig når det gjelder behandling av glasskomponenter for mobiltelefoner. Denne trenden har primært vært drevet av automatisert utstyr for laserbehandling av mobiltelefondekselglass, laserskjæreenheter for kamerabeskyttelseslinser og intelligent utstyr for laserboring av glasssubstrater.

Bilmontert elektronisk skjermglass tar gradvis i bruk laserskjæring

Bilmonterte skjermer bruker mye glass, spesielt for sentrale kontrollskjermer, navigasjonssystemer, dashbordkameraer osv. I dag er mange nye energibiler utstyrt med intelligente systemer og overdimensjonerte sentrale kontrollskjermer. Intelligente systemer har blitt standard i biler, med store og flere skjermer, samt 3D-buede skjermer som gradvis blir mainstream i markedet. Glassdekselpaneler for bilmonterte skjermer er mye brukt på grunn av sine utmerkede egenskaper, og et høykvalitets buet skjermglass kan gi en mer ultimat opplevelse for bilindustrien. Imidlertid er glassets høye hardhet og sprøhet en utfordring for bearbeidingen.

Bilmonterte glassskjermer krever høy presisjon, og toleransene for de monterte strukturkomponentene er svært små. Store dimensjonsfeil under skjæring av firkantede/stangformede skjermer kan føre til monteringsproblemer. Tradisjonelle prosesseringsmetoder involverer flere trinn som hjulskjæring, manuell knekking, CNC-forming og avfasing, blant annet. Siden det er mekanisk prosessering, lider det av problemer som lav effektivitet, dårlig kvalitet, lav utbytterate og høye kostnader. Etter hjulskjæring kan CNC-maskinering av en enkelt bils sentralstyrte dekselglassform ta opptil 8–10 minutter. Med ultrasnelle lasere på over 100 W kan et 17 mm glass skjæres i ett strøk. Integrering av flere produksjonsprosesser øker effektiviteten med 80 %, der 1 laser tilsvarer 20 CNC-maskiner. Dette forbedrer produktiviteten betraktelig og reduserer enhetsprosesseringskostnadene.

Andre bruksområder for lasere i glass

Kvartsglass har en unik struktur som gjør det vanskelig å splitte med lasere, men femtosekundlasere kan brukes til etsing på kvartsglass. Dette er en anvendelse av femtosekundlasere for presisjonsmaskinering og etsing på kvartsglass. Femtosekundlaserteknologi er en raskt utviklende avansert prosesseringsteknologi de siste årene, med ekstremt høy prosesseringspresisjon og -hastighet, i stand til etsing og prosessering på mikrometer- til nanometernivå på ulike materialoverflater. Laserkjøleteknologien varierer med skiftende markedskrav. Som en erfaren kjølerprodusent som oppdaterer våre vannkjølerproduksjonslinjer i tråd med markedstrender, kan TEYU Chiller Manufacturer's CWUP-serie ultrahurtige laserkjølere tilby effektive og stabile kjøleløsninger for pikosekund- og femtosekundlasere med opptil 60 W.

Lasersveising av glass er en ny teknologi som har dukket opp de siste to til tre årene, først i Tyskland. For tiden har bare noen få enheter i Kina, som Huagong Laser, Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics og Harbin Hit Weld Technology, brutt gjennom denne teknologien. Under påvirkning av høyeffekts, ultrakorte pulslasere kan trykkbølgene generert av lasere skape mikrosprekker eller spenningskonsentrasjoner i glasset, noe som kan fremme binding mellom to glassbiter. Det bundne glasset etter sveising er veldig fast, og det er allerede mulig å oppnå tett sveising mellom 3 mm tykt glass. I fremtiden fokuserer forskere også på overlappsveising av glass med andre materialer. Foreløpig har disse nye prosessene ennå ikke blitt mye brukt i batcher, men når de er modnet, vil de utvilsomt spille en viktig rolle i noen avanserte applikasjonsfelt.