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Atualmente, o vidro se destaca como uma grande área com alto valor agregado e potencial para aplicações de processamento a laser em lote. A tecnologia de laser de femtosegundo é uma tecnologia de processamento avançada em rápido desenvolvimento nos últimos anos, com precisão e velocidade de processamento extremamente altas, capaz de gravação e processamento de nível micrométrico a nanômetro em várias superfícies de materiais (incluindo processamento a laser de vidro).
A tecnologia de fabricação a laser teve um rápido desenvolvimento na última década, sendo sua principal aplicação o processamento a laser de materiais metálicos. Corte a laser, soldagem a laser e revestimento de metais a laser estão entre os processos mais importantes no processamento de metais a laser. Porém, à medida que a concentração aumenta, a homogeneização dos produtos a laser torna-se severa, limitando o crescimento do mercado de laser. Portanto, para avançar, as aplicações do laser devem se expandir para novos domínios de materiais. Os materiais não metálicos adequados para aplicação a laser incluem tecidos, vidro, plásticos, polímeros, cerâmicas e muito mais. Cada material envolve diversas indústrias, mas já existem técnicas de processamento maduras, tornando a substituição do laser uma tarefa difícil.
Para entrar no campo de materiais não metálicos, é necessário analisar se a interação do laser com o material é viável e se ocorrerão reações adversas. Atualmente, o vidro se destaca como uma grande área com alto valor agregado e potencial para aplicações de processamento a laser em lote.
Grande espaço para corte a laser de vidro
O vidro é um importante material industrial usado em diversas indústrias, como automotiva, construção, médica e eletrônica. Suas aplicações variam desde filtros ópticos de pequena escala que medem micrômetros até painéis de vidro de grande escala usados em indústrias como automotiva ou de construção.
O vidro pode ser categorizado em vidro óptico, vidro de quartzo, vidro microcristalino, vidro safira e muito mais. A característica significativa do vidro é a sua fragilidade, o que representa desafios significativos para os métodos tradicionais de processamento. Os métodos tradicionais de corte de vidro normalmente usam ferramentas de liga dura ou diamante, com o processo de corte dividido em duas etapas. Primeiramente, uma rachadura é criada na superfície do vidro usando uma ferramenta com ponta de diamante ou um rebolo de liga dura. Em segundo lugar, são utilizados meios mecânicos para separar o vidro ao longo da linha de fissura. No entanto, estes processos tradicionais têm desvantagens claras. Eles são relativamente ineficientes, resultando em bordas irregulares que muitas vezes exigem polimento secundário e produzem muitos detritos e poeira. Além disso, para tarefas como fazer furos no meio de painéis de vidro ou cortar formas irregulares, os métodos tradicionais são bastante desafiadores. É aqui que as vantagens do corte de vidro a laser se tornam aparentes. Em 2022, a receita de vendas da indústria de vidro da China foi de aproximadamente 744,3 bilhões de yuans. A taxa de penetração da tecnologia de corte a laser na indústria do vidro ainda está em estágio inicial, indicando um espaço significativo para a aplicação da tecnologia de corte a laser como substituta.
Corte a laser de vidro: dos telefones celulares em diante
O corte a laser de vidro geralmente emprega uma cabeça de foco Bezier para gerar feixes de laser de alta potência e densidade dentro do vidro. Ao focar o feixe de Bézier dentro do vidro, ele vaporiza instantaneamente o material, criando uma zona de vaporização, que se expande rapidamente para formar rachaduras nas superfícies superior e inferior. Essas trincas formam a seção de corte composta por incontáveis pequenos pontos de poros, conseguindo cortar fraturas por tensão externa.
Com avanços significativos na tecnologia laser, os níveis de potência também aumentaram. Um laser verde de nanossegundos com mais de 20 W de potência pode cortar vidro com eficácia, enquanto um laser ultravioleta de picossegundos com mais de 15 W de potência corta sem esforço vidro com menos de 2 mm de espessura. Existem empresas chinesas que podem cortar vidro com até 17 mm de espessura. O corte a laser do vidro apresenta alta eficiência. Por exemplo, cortar um pedaço de vidro de 10 cm de diâmetro em um vidro de 3 mm de espessura leva apenas cerca de 10 segundos com corte a laser, em comparação com vários minutos com facas mecânicas. As bordas cortadas a laser são suaves, com precisão de entalhe de até 30μm, eliminando a necessidade de usinagem secundária para produtos industriais em geral.
O corte de vidro a laser é um desenvolvimento relativamente recente, iniciado há cerca de seis a sete anos. A indústria de fabricação de telefones celulares foi uma das primeiras a adotar, usando corte a laser nas tampas de vidro das câmeras e experimentando um aumento com a introdução de um dispositivo de corte invisível a laser. Com a popularidade dos smartphones de tela cheia, o corte a laser preciso de painéis inteiros de vidro de tela grande aumentou significativamente a capacidade de processamento de vidro. O corte a laser tornou-se comum quando se trata de processamento de componentes de vidro para telefones celulares. Essa tendência foi impulsionada principalmente por equipamentos automatizados para processamento a laser de vidros de coberturas de telefones celulares, dispositivos de corte a laser para lentes de proteção de câmeras e equipamentos inteligentes para perfuração a laser de substratos de vidro.
O vidro da tela eletrônica montada em carro está adotando gradualmente o corte a laser
As telas montadas em carros consomem muitos painéis de vidro, especialmente para telas de controle central, sistemas de navegação, câmeras de painel, etc. Hoje em dia, muitos veículos de nova energia estão equipados com sistemas inteligentes e telas de controle central de grandes dimensões. Os sistemas inteligentes tornaram-se padrão nos automóveis, com telas grandes e múltiplas, bem como telas curvas 3D tornando-se gradualmente a tendência do mercado. Painéis de cobertura de vidro para telas montadas em carros são amplamente utilizados devido às suas excelentes características, e um vidro de tela curvo de alta qualidade pode fornecer uma experiência mais avançada para a indústria automotiva. No entanto, a alta dureza e fragilidade do vidro representam um desafio ao processamento.
As telas de vidro montadas em automóveis exigem alta precisão e as tolerâncias dos componentes estruturais montados são muito pequenas. Grandes erros dimensionais durante o corte de telas quadradas/barras podem levar a problemas de montagem. Os métodos de processamento tradicionais envolvem múltiplas etapas, como corte de rodas, quebra manual, modelagem CNC e chanframento, entre outras. Por se tratar de processamento mecânico, sofre de problemas como baixa eficiência, baixa qualidade, baixo rendimento e alto custo. Após o corte da roda, a usinagem CNC do formato de vidro da tampa de controle central de um único carro pode levar de 8 a 10 minutos. Com lasers ultrarrápidos de mais de 100 W, um vidro de 17 mm pode ser cortado de uma só vez; a integração de vários processos de produção aumenta a eficiência em 80%, onde 1 laser equivale a 20 máquinas CNC. Isso melhora muito a produtividade e reduz os custos unitários de processamento.
Outras aplicações de lasers em vidro
O vidro de quartzo tem uma estrutura única, dificultando o corte dividido com lasers, mas os lasers de femtosegundo podem ser usados para gravação em vidro de quartzo. Esta é uma aplicação de lasers de femtosegundo para usinagem de precisão e gravação em vidro de quartzo.A tecnologia de laser de femtosegundo é uma tecnologia de processamento avançada em rápido desenvolvimento nos últimos anos, com precisão e velocidade de processamento extremamente altas, capaz de gravação e processamento em nível de micrômetro a nanômetro em várias superfícies de materiais. A tecnologia de resfriamento a laser varia de acordo com as novas demandas do mercado. Como um fabricante experiente de chillers que atualiza nossosresfriador de água linhas de produção de acordo com as tendências do mercado, os Chillers a laser ultrarrápidos da série CWUP do fabricante de resfriadores TEYU podem fornecer soluções de resfriamento eficientes e estáveis para lasers de picossegundos e femtossegundos com até 60W.
A soldagem a laser de vidro é uma nova tecnologia que surgiu nos últimos dois a três anos, aparecendo inicialmente na Alemanha. Atualmente, apenas algumas unidades na China, como Huagong Laser, Instituto de Óptica e Mecânica Fina de Xi'an e Harbin Hit Weld Technology, romperam essa tecnologia.Sob a ação de lasers de pulso ultracurto de alta potência, as ondas de pressão geradas pelos lasers podem criar microfissuras ou concentrações de tensão no vidro, o que pode promover a ligação entre dois pedaços de vidro. O vidro colado após a soldagem fica muito firme, e já é possível conseguir uma soldagem estanque entre vidros com 3 mm de espessura. No futuro, os pesquisadores também estão se concentrando na soldagem por sobreposição de vidro com outros materiais. Atualmente, esses novos processos ainda não foram amplamente aplicados em lotes, mas uma vez amadurecidos, sem dúvida desempenharão um papel importante em alguns campos de aplicação de ponta.
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