Изучение текущего состояния и потенциала лазерной обработки стекла.

За последнее десятилетие лазерные технологии в производстве пережили стремительное развитие, и их основное применение — лазерная обработка металлов. Лазерная резка, лазерная сварка и лазерная наплавка металлов относятся к числу наиболее важных процессов в лазерной обработке металлов. Однако по мере увеличения концентрации происходит значительная гомогенизация лазерной продукции, что ограничивает рост рынка лазерных технологий. Поэтому для прорыва необходимо расширить область применения лазеров на новые материалы. К неметаллическим материалам, подходящим для лазерной обработки, относятся ткани, стекло, пластмассы, полимеры, керамика и многое другое. Каждый материал используется в различных отраслях промышленности, но уже существуют зрелые технологии обработки, что делает замену лазеров непростой задачей.

Для выхода на рынок неметаллических материалов необходимо проанализировать, возможно ли взаимодействие лазера с материалом и не возникнут ли нежелательные реакции. В настоящее время стекло выделяется как перспективный материал с высокой добавленной стоимостью и потенциалом для пакетной лазерной обработки.

Большое пространство для лазерной резки стекла

Стекло — важный промышленный материал, используемый в различных отраслях, таких как автомобилестроение, строительство, медицина и электроника. Сфера его применения простирается от небольших оптических фильтров размером в микрометры до крупномасштабных стеклянных панелей, используемых в таких отраслях, как автомобилестроение и строительство.

Стекло можно разделить на оптическое стекло, кварцевое стекло, микрокристаллическое стекло, сапфировое стекло и другие. Важной характеристикой стекла является его хрупкость, что создает значительные проблемы для традиционных методов обработки. Традиционные методы резки стекла обычно используют инструменты из твердых сплавов или алмазов, а процесс резки делится на два этапа. Во-первых, на поверхности стекла создается трещина с помощью инструмента с алмазным наконечником или шлифовального круга из твердого сплава. Во-вторых, используются механические средства для разделения стекла вдоль линии трещины. Однако эти традиционные процессы имеют явные недостатки. Они относительно неэффективны, приводят к неровным краям, которые часто требуют вторичной полировки, и производят много мусора и пыли. Кроме того, для таких задач, как сверление отверстий посередине стеклянных панелей или резка неровных форм, традиционные методы довольно сложны. Именно здесь становятся очевидными преимущества лазерной резки стекла. В 2022 году выручка от продаж стекольной промышленности Китая составила приблизительно 744,3 миллиарда юаней. Внедрение технологии лазерной резки в стекольную промышленность находится пока на начальной стадии, что указывает на значительный потенциал применения этой технологии в качестве альтернативы.

Лазерная резка стекла: от мобильных телефонов и далее.

При лазерной резке стекла часто используется фокусирующая головка Безье для генерации лазерных лучей высокой пиковой мощности и плотности внутри стекла. Фокусируя луч Безье внутри стекла, материал мгновенно испаряется, создавая зону испарения, которая быстро расширяется, образуя трещины на верхней и нижней поверхностях. Эти трещины формируют участок резки, состоящий из бесчисленных крошечных пор, обеспечивая резку через внешние трещины, вызванные напряжением.

Благодаря значительному развитию лазерных технологий, уровни мощности также возросли. Наносекундный зеленый лазер мощностью более 20 Вт может эффективно резать стекло, а пикосекундный ультрафиолетовый лазер мощностью более 15 Вт без труда режет стекло толщиной менее 2 мм. Существуют китайские предприятия, способные резать стекло толщиной до 17 мм. Лазерная резка стекла отличается высокой эффективностью. Например, резка куска стекла диаметром 10 см из стекла толщиной 3 мм занимает всего около 10 секунд при использовании лазера, в то время как механические ножи требуют нескольких минут. Края, обработанные лазером, получаются гладкими, с точностью до 30 мкм, что исключает необходимость дополнительной механической обработки для изделий общего назначения.

Лазерная резка стекла — относительно новое направление, появившееся около шести-семи лет назад. Индустрия производства мобильных телефонов была одной из первых, кто освоил эту технологию, используя лазерную резку для защитных стекол камер и пережив резкий рост после появления устройств для лазерной невидимой резки. С ростом популярности смартфонов с полноэкранными дисплеями точная лазерная резка целых стеклянных панелей большого экрана значительно увеличила возможности обработки стекла. Лазерная резка стала распространенной технологией при обработке стеклянных компонентов для мобильных телефонов. Эта тенденция в основном обусловлена ​​автоматизированным оборудованием для лазерной обработки защитного стекла мобильных телефонов, устройствами лазерной резки для защитных линз камер и интеллектуальным оборудованием для лазерного сверления стеклянных подложек.

В автомобильных электронных экранах постепенно внедряется лазерная резка.

Для автомобильных экранов требуется большое количество стеклянных панелей, особенно для центральных экранов управления, навигационных систем, видеорегистраторов и т. д. Сегодня многие электромобили оснащаются интеллектуальными системами и большими центральными экранами управления. Интеллектуальные системы стали стандартом в автомобилях, а большие и многоэкранные системы, а также 3D-изогнутые экраны постепенно становятся основным элементом рынка. Стеклянные панели для автомобильных экранов широко используются благодаря своим превосходным характеристикам, а высококачественное изогнутое стекло может обеспечить более совершенное восприятие для автомобильной промышленности. Однако высокая твердость и хрупкость стекла создают проблемы при его обработке.

Для изготовления автомобильных стеклянных экранов требуется высокая точность, а допуски на сборку конструктивных элементов очень малы. Большие погрешности размеров при резке квадратных/стержневых экранов могут привести к проблемам при сборке. Традиционные методы обработки включают в себя множество этапов, таких как резка колесом, ручная обработка, фрезеровка на станках с ЧПУ и снятие фаски, и другие. Поскольку это механическая обработка, она страдает от таких проблем, как низкая эффективность, низкое качество, низкий выход годной продукции и высокая стоимость. После резки колесом обработка на станке с ЧПУ одной формы центрального стекла управления автомобиля может занять до 8-10 минут. С помощью сверхбыстрых лазеров мощностью более 100 Вт можно разрезать стекло толщиной 17 мм за один проход; интеграция нескольких производственных процессов повышает эффективность на 80%, где 1 лазер равен 20 станкам с ЧПУ. Это значительно повышает производительность и снижает себестоимость единицы продукции.

Другие области применения лазеров в стекле

Кварцевое стекло имеет уникальную структуру, что затрудняет его резку лазером, однако фемтосекундные лазеры могут использоваться для травления кварцевого стекла. Это пример применения фемтосекундных лазеров для прецизионной обработки и травления кварцевого стекла. Технология фемтосекундных лазеров — это быстро развивающаяся передовая технология обработки в последние годы, обладающая чрезвычайно высокой точностью и скоростью обработки, способная осуществлять травление и обработку различных материалов на микрометровом и нанометровом уровнях. Технология лазерного охлаждения меняется в зависимости от меняющихся требований рынка. Как опытный производитель чиллеров, мы постоянно обновляем наши технологии. водоохладитель Производственные линии соответствуют рыночным тенденциям, TEYU Чиллеры серии CWUP от производителя сверхбыстрых лазерных чиллеров могут обеспечить эффективные и стабильные решения для охлаждения пикосекундных и фемтосекундных лазеров мощностью до 60 Вт.

Лазерная сварка стекла — это новая технология, появившаяся за последние два-три года, первоначально разработанная в Германии. В настоящее время лишь немногие китайские компании, такие как Huagong Laser, Сианьский институт оптики и точной механики и Harbin Hit Weld Technology, освоили эту технологию. Под действием мощных лазеров со сверхкороткими импульсами генерируемые ими ударные волны создают микротрещины или концентрации напряжений в стекле, что способствует прочному соединению двух стеклянных элементов. Сваренное стекло получается очень прочным, и уже сейчас возможно добиться плотной сварки между стеклами толщиной 3 мм. В будущем исследователи также сосредоточатся на наплавке стекла с другими материалами. В настоящее время эти новые процессы еще не получили широкого распространения в серийном производстве, но после их развития они, несомненно, сыграют важную роль в некоторых высокотехнологичных областях применения.