Истраживање тренутног стања и потенцијала ласерске обраде стакла

Технологија ласерске производње доживела је брз развој у последњој деценији, а њена примарна примена је ласерска обрада металних материјала. Ласерско сечење, ласерско заваривање и ласерско облагање метала су међу најважнијим процесима у ласерској обради метала. Међутим, како се концентрација повећава, хомогенизација ласерских производа постаје озбиљна, што ограничава раст тржишта ласера. Стога, да би се пробиле, примене ласера ​​морају се проширити на нове материјалне области. Неметални материјали погодни за ласерску примену укључују тканине, стакло, пластику, полимере, керамику и још много тога. Сваки материјал обухвата више индустрија, али већ постоје зреле технике обраде, што чини замену ласера ​​тешким задатком.

Да би се ушло у област неметалних материјала, неопходно је анализирати да ли је интеракција ласера ​​са материјалом изводљива и да ли ће доћи до нежељених реакција. Тренутно се стакло истиче као главна област са високом додатом вредношћу и потенцијалом за примену у серијској ласерској обради.

Велики простор за ласерско сечење стакла

Стакло је важан индустријски материјал који се користи у разним индустријама као што су аутомобилска, грађевинска, медицинска и електронска. Његова примена се креће од малих оптичких филтера који мере микрометре до великих стаклених панела који се користе у индустријама попут аутомобилске или грађевинарства.

Стакло се може поделити на оптичко стакло, кварцно стакло, микрокристално стакло, сафирно стакло и још много тога. Значајна карактеристика стакла је његова кртост, што представља значајне изазове за традиционалне методе обраде. Традиционалне методе сечења стакла обично користе алате од тврдих легура или дијаманта, при чему је процес сечења подељен у два корака. Прво, пукотина се ствара на површини стакла помоћу алата са дијамантским врхом или брусног точка од тврде легуре. Друго, користе се механичка средства за одвајање стакла дуж линије пукотине. Међутим, ови традиционални процеси имају јасне недостатке. Релативно су неефикасни, што резултира неравним ивицама које често захтевају секундарно полирање, и производе много отпадака и прашине. Штавише, за задатке као што су бушење рупа у средини стаклених панела или сечење неправилних облика, традиционалне методе су прилично изазовне. Ту предности ласерског сечења стакла постају очигледне. У 2022. години, приход од продаје у кинеској индустрији стакла износио је приближно 744,3 милијарде јуана. Стопа продора технологије ласерског сечења у индустрији стакла је још увек у почетној фази, што указује на значајан простор за примену технологије ласерског сечења као замене.

Ласерско сечење стакла: од мобилних телефона па надаље

Ласерско сечење стакла често користи Безијеову главу за фокусирање како би се генерисали ласерски зраци високе вршне снаге и густине унутар стакла. Фокусирањем Безијеовог зрака унутар стакла, материјал се тренутно испарава, стварајући зону испаравања, која се брзо шири и формира пукотине на горњој и доњој површини. Ове пукотине формирају део за сечење састављен од безброј ситних пора, постижући се сечење кроз спољашње фрактуре услед напрезања.

Са значајним напретком у ласерској технологији, нивои снаге су се такође повећали. Наносекундни зелени ласер снаге преко 20W може ефикасно да сече стакло, док пикосекундни ултраљубичасти ласер снаге преко 15W без напора сече стакло дебљине мање од 2 мм. Постоје кинеска предузећа која могу да секу стакло дебљине до 17 мм. Ласерско сечење стакла се може похвалити високом ефикасношћу. На пример, сечење комада стакла пречника 10 цм на стаклу дебљине 3 мм траје само око 10 секунди ласерским сечењем у поређењу са неколико минута са механичким ножевима. Ивице сечене ласером су глатке, са тачношћу зареза до 30μм, што елиминише потребу за секундарном обрадом за опште индустријске производе.

Ласерско сечење стакла је релативно скорији развој, почео је пре око шест до седам година. Индустрија производње мобилних телефона била је међу првима који су га усвојили, користећи ласерско сечење на стакленим поклопцима камера и доживевши нагли пораст увођењем уређаја за ласерско сечење невидљивости. Са популарношћу паметних телефона са екраном преко целог екрана, прецизно ласерско сечење целих стаклених панела великог екрана значајно је повећало капацитет обраде стакла. Ласерско сечење је постало уобичајено када је у питању обрада стаклених компоненти за мобилне телефоне. Овај тренд је првенствено вођен аутоматизованом опремом за ласерску обраду стакла поклопаца мобилних телефона, уређајима за ласерско сечење за заштитна сочива камера и интелигентном опремом за ласерско бушење стаклених подлога.

Електронско стакло за аутомобиле постепено усваја ласерско сечење

Екрани монтирани у аутомобилима троше много стаклених плоча, посебно за централне контролне екране, навигационе системе, камере за аутомобиле итд. Данас су многа возила на нову енергију опремљена интелигентним системима и превеликим централним контролним екранима. Интелигентни системи су постали стандард у аутомобилима, са великим и вишеструким екранима, као и 3Д закривљеним екранима који постепено постају главни тренд на тржишту. Стаклене плоче за екране монтиране у аутомобилима се широко користе због својих одличних карактеристика, а висококвалитетно закривљено стакло за екран може пружити врхунско искуство за аутомобилску индустрију. Међутим, висока тврдоћа и кртост стакла представљају изазов за обраду.

Стаклени екрани монтирани на аутомобиле захтевају високу прецизност, а толеранције склопљених структурних компоненти су веома мале. Велике димензионалне грешке током сечења квадратних/штапкастих екрана могу довести до проблема са склапањем. Традиционалне методе обраде укључују више корака као што су сечење точкова, ручно ломљење, ЦНЦ обликовање и скошавање, између осталог. Пошто је у питању механичка обрада, она пати од проблема као што су ниска ефикасност, лош квалитет, ниска стопа приноса и висока цена. Након сечења точкова, ЦНЦ обрада једног облика стакла централног контролног поклопца аутомобила може трајати и до 8-10 минута. Са ултрабрзим ласерима од преко 100W, стакло од 17 мм може се исећи једним потезом; интегрисање више производних процеса повећава ефикасност за 80%, где је 1 ласер једнак 20 ЦНЦ машина. Ово значајно побољшава продуктивност и смањује трошкове обраде јединице.

Друге примене ласера ​​у стаклу

Кварцно стакло има јединствену структуру, што га чини тешким за цепање и сечење ласерима, али фемтосекундни ласери се могу користити за нагризање кварцног стакла. Ово је примена фемтосекундних ласера ​​за прецизну машинску обраду и нагризање кварцног стакла. Фемтосекундна ласерска технологија је брзо развијајућа напредна технологија обраде последњих година, са изузетно високом прецизношћу и брзином обраде, способна за нагризање и обраду од микрометарског до нанометарског нивоа на различитим површинама материјала. Технологија ласерског хлађења варира у зависности од променљивих захтева тржишта. Као искусан произвођач чилера који ажурира наше производне линије за чилере воде у складу са трендовима на тржишту, ултрабрзи ласерски чилери CWUP серије произвођача чилера TEYU могу да обезбеде ефикасна и стабилна решења за хлађење пикосекундних и фемтосекундних ласера ​​снаге до 60 W.

Ласерско заваривање стакла је нова технологија која се појавила у последње две до три године, првобитно у Немачкој. Тренутно, само неколико јединица у Кини, као што су Huagong Laser, Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics и Harbin Hit Weld Technology, пробило је ову технологију. Под дејством снажних, ултракратких импулсних ласера, таласи притиска које генеришу ласери могу створити микропукотине или концентрације напона у стаклу, што може подстаћи везивање између два комада стакла. Залепљено стакло након заваривања је веома чврсто и већ је могуће постићи чврсто заваривање између стакла дебљине 3 мм. У будућности, истраживачи се такође фокусирају на заваривање стакла са другим материјалима. Тренутно, ови нови процеси још увек нису широко примењени у серијама, али када се једном унапреде, несумњиво ће играти важну улогу у неким врхунским областима примене.