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 је постала озбиљна, што ограничава раст тржишта ласера. Стога, да би се постигао пробој, ласерске примене морају се проширити на нове материјалне домене. Неметални материјали погодни за ласерску примену укључују тканине, стакло, пластику, полимере, керамику и још много тога. Сваки материјал укључује више индустрија, али већ постоје зреле технике обраде, што чини ласерску замену тешким задатком.

Да би се ушло у поље неметалног материјала, потребно 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, грађевинарска, медицинска и електронска. Његове примене се крећу 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 очигледне недостатке. Релативно су неефикасни, што резултира неравним ивицама које често захтевају секундарно полирање, а производе и много остатака и прашине. Штавише, за задатке као што су бушење рупа у средини стаклених панела или сечење неправилних облика, традиционалне методе су прилично изазовне. Овде постају очигледне предности ласерског резања стакла У 2022. години, приход од продаје у кинеској индустрији стакла износио је приближно 744,3 милијарде јуана. Стопа продора технологије ласерског сечења у стакларској индустрији 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 снопа унутар стакла, он тренутно испарава материјал, стварајући зону испаравања, која се брзо шири и формира пукотине на горњој и доњој површини. Ове пукотине формирају део сечења састављен од безброј ситних пора, постижући 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 може се 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 механичким ножевима. Ласерски сечене ивице су глатке, са тачношћу зареза до 30μм, што елиминише потребу за секундарном обрадом за опште индустријске производе.

Ласерско сечење стакла је релативно новији развој, почевши пре око шест до седам година. Индустрија производње мобилних телефона била је међу првима који су је усвојили, користећи ласерско сечење на стакленим поклопцима камера и доживевши пораст употребе увођењем уређаја за ласерско сечење које чини невидљивим. 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 покренут аутоматизованом опремом за ласерску обраду заштитног стакла мобилних телефона, уређајима за ласерско сечење заштитних сочива камера и интелигентном опремом за ласерско бушење стаклених подлога.

Електронско стакло за аутомобиле постепено усваја ласерско сечење

Екрани монтирани на аутомобилима троше много стаклених плоча, посебно за централне контролне екране, навигационе системе, камере на аутомобилу 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. Стаклени заштитни панели за екране монтиране на аутомобиле 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 сита могу довести до проблема са монтажом. Традиционалне методе обраде укључују више корака као што су сечење точкова, ручно ломљење, CNC обликовање и скошавање, између осталог. Пошто се ради о механичкој обради, пати од проблема као што су ниска ефикасност, лош квалитет, низак принос и висока цена. Након сечења точкова, CNC обрада облика стакла поклопца централне контроле једног аутомобила може трајати и до 8-10 минута. Са ултрабрзим ласерима снаге преко 100W, стакло од 17 мм може се исећи једним потезом; интеграција више производних процеса повећава ефикасност за 80%, где је 1 ласер једнак 20 CNC машина. Ово значајно побољшава продуктивност и смањује трошкове обраде јединица.

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 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 чилер воде  производне линије у складу са тржишним трендовима, ултрабрзи ласерски хладњаци CWUP серије произвођача чилера TEYU могу да обезбеде ефикасна и стабилна решења за хлађење пикосекундних и фемтосекундних ласера снаге до 60W.

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 се кроз ову технологију. Под дејством ласера велике снаге, ултракратких импулса, 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.