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 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 se destacarem, as aplicações a laser precisam 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, tornando a substituição por 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 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 utilizado em diversos setores, como automotivo, construção civil, médico e eletrônico. Suas aplicações variam de filtros ópticos de pequena escala, medindo micrômetros, a painéis de vidro de grande escala, utilizados em setores como automotivo e construção civil.

O vidro pode ser categorizado em vidro óptico, vidro de quartzo, vidro microcristalino, vidro de safira e muito mais. A característica significativa do vidro é 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 diamantadas, 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, 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 frequentemente requerem polimento secundário, e produzem muitos detritos e poeira. Além disso, para tarefas como perfurar 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 de vidro ainda está em seu estágio inicial, indicando um espaço significativo para a aplicação da tecnologia de corte a laser como um substituto.

Corte a laser de vidro: dos celulares em diante

O corte a laser em vidro frequentemente utiliza um cabeçote de focalização Bezier para gerar feixes de laser de alta potência e densidade de pico dentro do vidro. Ao focalizar o feixe Bezier 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 pontos minúsculos de poros, permitindo o corte através de fraturas externas por estresse.

Com avanços significativos na tecnologia laser, os níveis de potência também aumentaram. Um laser verde de nanossegundos com potência superior a 20 W pode cortar vidro com eficácia, enquanto um laser ultravioleta de picossegundos com potência superior a 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 a laser de vidro apresenta alta eficiência. Por exemplo, cortar uma peça de vidro de 10 cm de diâmetro em um vidro de 3 mm de espessura leva apenas cerca de 10 segundos com o corte a laser, em comparação com vários minutos com facas 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 de vidro é um desenvolvimento relativamente recente, tendo surgido há cerca de seis a sete anos. A indústria de fabricação de celulares foi uma das pioneiras na adoção do corte a laser em películas de vidro para câmeras, tendo experimentado um crescimento 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 no processamento de componentes de vidro para celulares. Essa tendência tem sido impulsionada principalmente por equipamentos automatizados para processamento a laser de películas de vidro para 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

Telas montadas em carros consomem muitos painéis de vidro, especialmente telas de controle central, sistemas de navegação, câmeras de painel, etc. Atualmente, muitos veículos de nova energia são equipados com sistemas inteligentes e telas de controle central superdimensionadas. Sistemas inteligentes tornaram-se padrão em automóveis, com telas grandes e múltiplas, bem como telas curvas 3D, gradualmente se tornando a tendência do mercado. Painéis de vidro para telas montadas em carros são amplamente utilizados devido às suas excelentes características, e um vidro curvo 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 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/barras podem levar a problemas de montagem. Os métodos tradicionais de processamento envolvem múltiplas etapas, como corte de rodas, quebra manual, conformação CNC e chanfradura, entre outras. Por ser um processamento mecânico, ele sofre de problemas como baixa eficiência, baixa qualidade, baixa taxa de rendimento e alto custo. Após o corte da roda, a usinagem CNC de um único formato de vidro de cobertura de controle central de 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 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 tem uma estrutura única, dificultando 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 gravação e processamento em nível de micrômetro a nanômetro em várias superfícies de materiais. A tecnologia de resfriamento a laser varia com as mudanças nas demandas do mercado. Como um fabricante experiente refrigerador que atualiza nossas linhas de produção de água refrigerador de acordo com as tendências do mercado, os resfriadores a laser ultrarrápidos da série CWUP do fabricante TEYU refrigerador podem fornecer soluções de resfriamento eficientes e estáveis ​​para lasers de picossegundo e femtossegundo com até 60W.

A soldagem a laser de vidro é uma nova tecnologia que surgiu nos últimos dois a três anos, tendo surgido 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, desenvolveram 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 duas peças de vidro. O vidro colado após a soldagem é muito firme e já é possível obter uma soldagem firme 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.