Explorando o status atual e o potencial do processamento de vidro a laser

A tecnologia de fabricação a laser teve um rápido desenvolvimento na última década, tendo como principal aplicação 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 de metais a laser. Entretanto, à medida que a concentração aumenta, a homogeneização dos produtos a laser se torna severa, limitando o crescimento do mercado de laser. Portanto, para avançar, 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 muito mais. Cada material envolve diversas indústrias, mas já existem técnicas de processamento maduras, o que torna a substituição a laser uma tarefa nada fácil.

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 área importante 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 vários setores, como automotivo, construção, médico e eletrônico. Suas aplicações variam desde filtros ópticos de pequena escala medindo micrômetros até painéis de vidro de grande escala usados em indústrias como a automotiva ou de construção.

O vidro pode ser categorizado em vidro óptico, vidro de quartzo, vidro microcristalino, vidro de safira e muito mais. Uma característica significativa do vidro é sua fragilidade, o que representa desafios significativos para os métodos de processamento tradicionais. Os métodos tradicionais de corte de vidro normalmente usam ferramentas de liga dura ou diamante, com o processo de corte dividido em duas etapas. Primeiro, uma rachadura é criada na superfície do vidro usando uma ferramenta com ponta de diamante ou uma roda de desbaste de liga dura. Em segundo lugar, meios mecânicos são empregados para separar o vidro ao longo da linha de rachadura. No entanto, esses processos tradicionais têm desvantagens claras. Eles são relativamente ineficientes, resultando em bordas irregulares que geralmente exigem polimento secundário, além de produzirem 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 a laser de vidro 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 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 de pico 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 rachaduras formam a seção de corte composta por inúmeros pequenos pontos de poros, conseguindo cortar através de fraturas por estresse externo.

Com avanços significativos na tecnologia do laser, os níveis de potência também aumentaram. Um laser verde de nanossegundos com potência de mais de 20 W pode cortar vidro com eficiência, enquanto um laser ultravioleta de picossegundos com potência de mais de 15 W corta sem esforço vidro com menos de 2 mm de espessura. Existem empresas chinesas que podem cortar vidro de até 17 mm de espessura. O corte de vidro a laser 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 30 μm, eliminando a necessidade de usinagem secundária para produtos industriais em geral.

O corte de vidro a laser é um desenvolvimento relativamente recente, tendo começado há cerca de seis a sete anos. A indústria de fabricação de celulares foi uma das primeiras a adotar o corte a laser em películas de vidro para câmeras e vivenciou um aumento com a introdução de um dispositivo de corte invisível a laser. Com a popularidade dos smartphones de tela cheia, o corte preciso a laser de painéis inteiros de vidro de tela grande aumentou significativamente a capacidade de processamento de vidro. O corte a laser se tornou comum quando se trata de processamento de componentes de vidro para celulares. Essa tendência foi impulsionada principalmente por equipamentos automatizados para processamento a laser de vidros de proteção de celulares, dispositivos de corte a laser para lentes de proteção de câmeras e equipamentos inteligentes para perfuração a laser de substratos de vidro.

Vidros eletrônicos montados em carros estão gradualmente adotando o corte a laser

As telas montadas nos 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 são equipados com sistemas inteligentes e telas de controle central superdimensionadas. Sistemas inteligentes se tornaram padrão em automóveis, com telas grandes e múltiplas, bem como telas curvas 3D, gradualmente se tornando o principal mercado. Painéis 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 proporcionar uma experiência ainda melhor para a indústria automotiva. Entretanto, a alta dureza e fragilidade do vidro representam um desafio para o processamento.

Telas de vidro montadas em carros exigem alta precisão, e as tolerâncias dos componentes estruturais montados são muito pequenas. Grandes erros dimensionais durante o corte de telas quadradas/de barra podem levar a problemas de montagem. Os métodos de processamento tradicionais envolvem várias etapas, como corte de rodas, quebra manual, modelagem CNC e chanfradura, entre outros. Por ser um processamento mecânico, ele sofre de problemas como baixa eficiência, baixa qualidade, baixo rendimento e alto custo. Após o corte da roda, a usinagem CNC do formato do 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 em um único golpe; 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 de processamento unitário.

Outras aplicações de lasers em vidro

O vidro de quartzo tem uma estrutura única, o que dificulta o corte com lasers, mas lasers de femtossegundo podem ser usados para gravação em vidro de quartzo. Esta é uma aplicação de lasers de femtossegundo para usinagem de precisão e gravação em vidro de quartzo. A tecnologia de laser de femtossegundo é uma tecnologia de processamento avançada em rápido desenvolvimento nos últimos anos, com precisão e velocidade de processamento extremamente altas, capaz de gravar e processar em nível de micrômetro a nanômetro em várias superfícies de materiais.  A tecnologia de resfriamento a laser varia de acordo com as mudanças nas demandas do mercado. Como um fabricante experiente de chillers que atualiza nossos refrigerador de água  linhas de produção em sintonia com as tendências do mercado, os resfriadores 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 60 W.

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 a Huagong Laser, o Instituto de Óptica e Mecânica Fina de Xi'an e a Harbin Hit Weld Technology, avançaram nessa 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 tensões no vidro, o que pode promover a ligação entre duas peças de vidro.  O vidro colado após a soldagem fica muito firme, e já é possível obter soldagens firmes entre vidros de 3 mm de espessura. No futuro, os pesquisadores também estão se concentrando na soldagem de 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.