Explorando o estado atual e o potencial do processamento a laser em vidro.

A tecnologia de fabricação a laser teve um rápido desenvolvimento na última década, com sua principal aplicação sendo o processamento a laser de materiais metálicos. Corte a laser, soldagem a laser e revestimento a laser de metais estão entre os processos mais importantes no processamento a laser de metais. No entanto, com o aumento da concentração, a homogeneização dos produtos a laser tornou-se severa, limitando o crescimento do mercado de laser. Portanto, para romper essa barreira, as aplicações do laser devem se expandir para novos domínios de materiais. Materiais não metálicos adequados para aplicação a laser incluem tecidos, vidro, plásticos, polímeros, cerâmicas e muitos outros. Cada material envolve múltiplos setores industriais, mas técnicas de processamento já consolidadas tornam a substituição do laser uma tarefa complexa.

Para entrar no campo dos 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 área importante com alto valor agregado e potencial para aplicações de processamento a laser em lote.

Amplo espaço para corte a laser em vidro.

O vidro é um importante material industrial utilizado em diversos setores, como o automotivo, o da construção civil, o médico e o eletrônico. Suas aplicações variam desde pequenos filtros ópticos com dimensões micrométricas até grandes painéis de vidro utilizados em indústrias como a automotiva e a da construção civil.

O vidro pode ser categorizado em vidro óptico, vidro de quartzo, vidro microcristalino, vidro de safira e outros. A principal característica do vidro é a sua fragilidade, o que representa um desafio significativo para os métodos de processamento tradicionais. Os métodos tradicionais de corte de vidro geralmente utilizam ferramentas de liga dura ou diamante, com o processo de corte dividido em duas etapas. Primeiramente, cria-se uma fissura na superfície do vidro utilizando uma ferramenta com ponta de diamante ou um disco de esmeril de liga dura. Em seguida, utilizam-se meios mecânicos para separar o vidro ao longo da linha da fissura. No entanto, esses processos tradicionais apresentam desvantagens claras. São relativamente ineficientes, resultando em bordas irregulares que frequentemente exigem polimento secundário, além de produzirem muitos detritos e poeira. Ademais, para tarefas como perfurar orifícios no meio de painéis de vidro ou cortar formatos irregulares, os métodos tradicionais são bastante desafiadores. É aqui que as vantagens do corte a laser em vidro se tornam evidentes. Em 2022, a receita de vendas da indústria vidreira da China foi de aproximadamente 744,3 bilhões de yuans. A taxa de penetração da tecnologia de corte a laser na indústria vidreira ainda está em estágio inicial, indicando um espaço significativo para a aplicação dessa tecnologia como substituta.

Corte a laser em vidro: dos celulares em diante

O corte a laser em vidro frequentemente utiliza uma cabeça de focalização Bezier para gerar feixes de laser de alta potência e densidade dentro do vidro. Ao focalizar o feixe Bezier no interior do vidro, o material é vaporizado instantaneamente, criando uma zona de vaporização que se expande rapidamente, formando fissuras nas superfícies superior e inferior. Essas fissuras formam a seção de corte, composta por inúmeros pontos de poros minúsculos, permitindo o corte através de fraturas de tensão externa.

Com os 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 eficiência, enquanto um laser ultravioleta de picossegundos com mais de 15 W de potência corta vidro com menos de 2 mm de espessura sem esforço. Existem empresas chinesas que conseguem cortar vidro com até 17 mm de espessura. O corte a laser em vidro apresenta alta eficiência. Por exemplo, cortar um pedaço de vidro de 10 cm de diâmetro em uma placa de 3 mm de espessura leva apenas cerca de 10 segundos com corte a laser, em comparação com vários minutos com lâminas mecânicas. As bordas cortadas a laser são lisas, com uma precisão de entalhe de até 30 μm, eliminando a necessidade de usinagem secundária para produtos industriais em geral.

O corte a laser em vidro é um desenvolvimento relativamente recente, tendo começado há cerca de seis ou sete anos. A indústria de fabricação de telefones celulares esteve entre as pioneiras na adoção dessa tecnologia, utilizando o corte a laser em lentes de proteção de câmeras e experimentando um crescimento exponencial com a introdução de um dispositivo de corte a laser invisível. Com a popularização dos smartphones com tela infinita, o corte a laser preciso de painéis de vidro de tela grande aumentou significativamente a capacidade de processamento de vidro. O corte a laser tornou-se comum no processamento de componentes de vidro para telefones celulares. Essa tendência foi impulsionada principalmente por equipamentos automatizados para o processamento a laser de vidros de cobertura de celulares, dispositivos de corte a laser para lentes de proteção de câmeras e equipamentos inteligentes para perfuração a laser de substratos de vidro.

O corte a laser está gradualmente adotando o vidro das telas eletrônicas instaladas em carros.

As telas instaladas em carros consomem muitos painéis de vidro, especialmente para telas de controle central, sistemas de navegação, câmeras de painel, etc. Atualmente, muitos veículos de novas energias são equipados com sistemas inteligentes e telas de controle central de grandes dimensões. Os sistemas inteligentes tornaram-se padrão em automóveis, com telas grandes e múltiplas, bem como telas curvas 3D, tornando-se gradualmente a tendência dominante no mercado. Os painéis de vidro para telas instaladas em carros são amplamente utilizados devido às suas excelentes características, e um vidro de tela curva de alta qualidade pode proporcionar uma experiência ainda melhor para a indústria automotiva. No entanto, a alta dureza e fragilidade do vidro representam um desafio para o seu processamento.

As telas de vidro para automóveis exigem alta precisão, e as tolerâncias dos componentes estruturais montados são muito pequenas. Grandes erros dimensionais durante o corte de telas quadradas/em barra podem levar a problemas de montagem. Os métodos de processamento tradicionais envolvem várias etapas, como corte com disco, quebra manual, usinagem CNC e chanframento, entre outras. Por ser um processo mecânico, apresenta problemas como baixa eficiência, baixa qualidade, baixo rendimento e alto custo. Após o corte com disco, a usinagem CNC de uma única tela de vidro para a cobertura do painel de instrumentos de um automóvel pode levar de 8 a 10 minutos. Com lasers ultrarrápidos de mais de 100 W, um vidro de 17 mm pode ser cortado em um único movimento; a integração de múltiplos processos de produção aumenta a eficiência em 80%, onde 1 laser equivale a 20 máquinas CNC. Isso melhora significativamente a produtividade e reduz os custos unitários de processamento.

Outras aplicações de lasers em vidro

O vidro de quartzo possui uma estrutura única, o que dificulta o corte a laser, mas lasers de femtosegundo podem ser usados ​​para gravação em vidro de quartzo. Esta é uma aplicação de lasers de femtosegundo para usinagem e gravação de precisão em vidro de quartzo. A tecnologia de laser de femtosegundo é uma tecnologia de processamento avançada em rápido desenvolvimento nos últimos anos, com altíssima precisão e velocidade de processamento, capaz de realizar gravação e processamento em nível micrométrico a nanométrico em diversas superfícies de materiais. A tecnologia de resfriamento a laser varia de acordo com as demandas do mercado. Como um fabricante experiente de chillers que mantém nossos produtos atualizados, resfriador de água linhas de produção em consonância com as tendências de mercado, TEYU Chiller Manufacturer's CWUP-Series Ultrafast Laser Chillers podem fornecer soluções de resfriamento eficientes e estáveis ​​para lasers de picossegundos e femtosegundos com até 60W.

A soldagem a laser de vidro é uma tecnologia recente que surgiu nos últimos dois ou três anos, inicialmente na Alemanha. Atualmente, apenas algumas empresas na China, como a Huagong Laser, o Instituto de Óptica e Mecânica Fina de Xi'an e a Harbin Hit Weld Technology, dominam essa tecnologia. Sob a ação de lasers de alta potência e pulsos ultracurtos, as ondas de pressão geradas pelos lasers criam microfissuras ou concentrações de tensão no vidro, o que promove a adesão entre duas peças de vidro. O vidro soldado apresenta alta resistência, sendo já possível realizar soldagens precisas entre peças de vidro com até 3 mm de espessura. No futuro, os pesquisadores também estão focados na soldagem de sobreposição de vidro com outros materiais. Atualmente, esses novos processos ainda não são amplamente aplicados em larga escala, mas, uma vez consolidados, certamente desempenharão um papel importante em aplicações de ponta.