Explorarea stării actuale și a potențialului prelucrării cu laser a sticlei

Tehnologia de fabricație cu laser a cunoscut o dezvoltare rapidă în ultimul deceniu, principala sa aplicație fiind prelucrarea cu laser a materialelor metalice. Tăierea cu laser, sudarea cu laser și placarea cu laser a metalelor sunt printre cele mai importante procese din prelucrarea metalelor cu laser. Cu toate acestea, pe măsură ce concentrația crește, omogenizarea produselor laser a devenit severă, limitând creșterea pieței laserelor. Prin urmare, pentru a avea succes, aplicațiile laser trebuie să se extindă în noi domenii de materiale. Materialele nemetalice potrivite pentru aplicații cu laser includ țesături, sticlă, materiale plastice, polimeri, ceramică și multe altele. Fiecare material implică mai multe industrii, dar există deja tehnici de procesare mature, ceea ce face ca înlocuirea cu laserul să nu fie o sarcină ușoară.

Pentru a intra într-un câmp de materiale nemetalice, este necesar să se analizeze dacă interacțiunea laserului cu materialul este fezabilă și dacă vor apărea reacții adverse. În prezent, sticla se remarcă ca un domeniu major cu valoare adăugată ridicată și potențial pentru aplicații de prelucrare cu laser în loturi.

Spațiu mare pentru tăierea cu laser a sticlei

Sticla este un material industrial important utilizat în diverse industrii, precum industria auto, construcții, medicală și electronică. Aplicațiile sale variază de la filtre optice la scară mică, care măsoară micrometri, până la panouri de sticlă la scară mare utilizate în industrii precum cea auto sau construcțiile.

Sticla poate fi clasificată în sticlă optică, sticlă de cuarț, sticlă microcristalină, sticlă de safir și multe altele. Caracteristica semnificativă a sticlei este fragilitatea sa, ceea ce prezintă provocări semnificative pentru metodele tradiționale de prelucrare. Metodele tradiționale de tăiere a sticlei utilizează de obicei unelte din aliaj dur sau diamantate, procesul de tăiere fiind împărțit în doi pași. În primul rând, se creează o fisură pe suprafața sticlei folosind o unealtă cu vârf diamantat sau o piatră de șlefuit din aliaj dur. În al doilea rând, se folosesc mijloace mecanice pentru a separa sticla de-a lungul liniei fisurii. Totuși, aceste procese tradiționale au dezavantaje evidente. Sunt relativ ineficiente, rezultând muchii neuniforme care necesită adesea lustruire secundară și produc o mulțime de resturi și praf. Mai mult, pentru sarcini precum găurirea în mijlocul panourilor de sticlă sau tăierea formelor neregulate, metodele tradiționale sunt destul de dificile. Aici devin evidente avantajele tăierii sticlei cu laser În 2022, veniturile din vânzările industriei sticlei din China au fost de aproximativ 744,3 miliarde de yuani. Rata de penetrare a tehnologiei de tăiere cu laser în industria sticlei este încă în stadiul inițial, indicând un spațiu semnificativ pentru aplicarea tehnologiei de tăiere cu laser ca înlocuitor.

Tăierea cu laser a sticlei: De la telefoanele mobile încolo

Tăierea cu laser a sticlei folosește adesea un cap de focalizare Bezier pentru a genera fascicule laser de putere și densitate mare în interiorul sticlei. Prin focalizarea fasciculului Bezier în interiorul sticlei, acesta vaporizează instantaneu materialul, creând o zonă de vaporizare, care se extinde rapid pentru a forma fisuri pe suprafețele superioare și inferioare. Aceste fisuri formează secțiunea de tăiere compusă din nenumărate puncte de pori minusculi, realizând tăierea prin fisuri de stres externe.

Odată cu progresele semnificative în tehnologia laserelor, nivelurile de putere au crescut și ele. Un laser verde cu o putere de peste 20 W poate tăia eficient sticla, în timp ce un laser ultraviolet cu o putere de peste 15 W taie fără efort sticla sub 2 mm grosime. Există întreprinderi chineze care pot tăia sticlă cu o grosime de până la 17 mm. Tăierea sticlei cu laser se mândrește cu o eficiență ridicată. De exemplu, tăierea unei bucăți de sticlă cu diametrul de 10 cm pe o sticlă cu grosimea de 3 mm durează doar aproximativ 10 secunde cu tăierea cu laser, comparativ cu câteva minute cu cuțitele mecanice. Marginile tăiate cu laser sunt netede, cu o precizie de crestare de până la 30 μm, eliminând necesitatea prelucrării secundare pentru produsele industriale generale.

Tăierea sticlei cu laser este o dezvoltare relativ recentă, începând cu aproximativ șase până la șapte ani. Industria de producție a telefoanelor mobile a fost printre primele care au adoptat această tehnologie, utilizând tăierea cu laser pe capacele de sticlă ale camerelor și cunoscând o creștere bruscă odată cu introducerea unui dispozitiv de tăiere cu laser pentru invizibilitate. Odată cu popularitatea smartphone-urilor cu ecran complet, tăierea precisă cu laser a panourilor de sticlă cu ecran mare a sporit semnificativ capacitatea de procesare a sticlei. Tăierea cu laser a devenit o practică obișnuită în prelucrarea componentelor din sticlă pentru telefoanele mobile. Această tendință a fost determinată în principal de echipamentele automate pentru prelucrarea cu laser a sticlei de protecție a telefoanelor mobile, dispozitivele de tăiere cu laser pentru lentilele de protecție ale camerelor și echipamentele inteligente pentru găurirea cu laser a substraturilor de sticlă.

Ecranele electronice montate pe mașini adoptă treptat tăierea cu laser

Ecranele montate în mașini consumă multe panouri de sticlă, în special pentru ecranele de control central, sistemele de navigație, camerele video de bord etc. În zilele noastre, multe vehicule pe bază de energie nouă sunt echipate cu sisteme inteligente și ecrane centrale de control supradimensionate. Sistemele inteligente au devenit standard în automobile, cu ecrane mari și multiple, precum și ecrane 3D curbate care devin treptat mainstream pe piață. Panourile de sticlă pentru ecranele montate pe mașini sunt utilizate pe scară largă datorită caracteristicilor lor excelente, iar un ecran curbat de înaltă calitate poate oferi o experiență mai bună pentru industria auto. Cu toate acestea, duritatea ridicată și fragilitatea sticlei reprezintă o provocare pentru prelucrare.

Ecranele de sticlă montate pe mașini necesită o precizie ridicată, iar toleranțele componentelor structurale asamblate sunt foarte mici. Erorile dimensionale mari în timpul tăierii sitelor pătrate/de bare pot duce la probleme de asamblare. Metodele tradiționale de prelucrare implică mai mulți etape, cum ar fi tăierea cu roți, smulgerea manuală, modelarea CNC și teșirea, printre altele. Deoarece este o prelucrare mecanică, suferă de probleme precum eficiență scăzută, calitate slabă, rată de randament scăzută și cost ridicat. După tăierea roților, prelucrarea CNC a unei forme de sticlă a capacului de comandă centrală al unei singure mașini poate dura până la 8-10 minute. Cu lasere ultra-rapide de peste 100W, o sticlă de 17 mm poate fi tăiată dintr-o singură mișcare; integrarea mai multor procese de producție crește eficiența cu 80%, unde 1 laser este egal cu 20 de mașini CNC. Acest lucru îmbunătățește considerabil productivitatea și reduce costurile unitare de procesare.

Alte aplicații ale laserelor în sticlă

Sticla de cuarț are o structură unică, ceea ce face dificilă tăierea cu lasere, dar laserele femtosecunde pot fi utilizate pentru gravarea pe sticlă de cuarț. Aceasta este o aplicație a laserelor femtosecunde pentru prelucrarea de precizie și gravarea sticlei de cuarț. Tehnologia laser femtosecundă este o tehnologie de procesare avansată, aflată în dezvoltare rapidă în ultimii ani, cu o precizie și o viteză de procesare extrem de ridicate, capabilă de gravare și procesare de la nivel micrometric la nanometric pe diverse suprafețe de materiale.  Tehnologia de răcire cu laser variază în funcție de cerințele pieței în schimbare. În calitate de producător experimentat de chillere, care își actualizează răcitor de apă  În conformitate cu tendințele pieței, răcitoarele laser ultrarapide din seria CWUP de la producătorul de răcitoare TEYU pot oferi soluții de răcire eficiente și stabile pentru lasere picosecunde și femtosecunde cu o putere de până la 60 W.

Sudarea cu laser a sticlei este o tehnologie nouă care a apărut în ultimii doi-trei ani, apărând inițial în Germania. În prezent, doar câteva unități din China, cum ar fi Huagong Laser, Institutul de Optică și Mecanică Fină Xi'an și Harbin Hit Weld Technology, au reușit să depășească această tehnologie. Sub acțiunea laserelor cu impulsuri ultra-scurte și de mare putere, undele de presiune generate de lasere pot crea microfisuri sau concentrări de stres în sticlă, ceea ce poate favoriza lipirea dintre două bucăți de sticlă.  Sticla lipită după sudare este foarte fermă și este deja posibilă realizarea unei suduri strânse între sticle cu grosimea de 3 mm. În viitor, cercetătorii se concentrează și pe sudarea prin suprapunere a sticlei cu alte materiale. În prezent, aceste noi procese nu au fost încă aplicate pe scară largă în loturi, dar odată ajunse la maturitate, vor juca, fără îndoială, un rol important în unele domenii de aplicare de înaltă performanță.