Utforska den nuvarande statusen och potentialen för glaslaserbearbetning

Lasertillverkningstekniken har utvecklats snabbt under det senaste decenniet, med laserbearbetning av metallmaterial som primär tillämpning. Laserskärning, lasersvetsning och laserbeklädnad av metaller är bland de viktigaste processerna inom metalllaserbearbetning. Men i takt med att koncentrationen ökar har homogeniseringen av laserprodukter blivit allvarlig, vilket begränsar tillväxten på lasermarknaden. För att få ett genombrott måste lasertillämpningar därför expandera till nya materialområden. Icke-metalliska material som är lämpliga för lasertillämpningar inkluderar tyger, glas, plast, polymerer, keramik med mera. Varje material involverar flera industrier, men mogna bearbetningstekniker finns redan, vilket gör lasersubstitution inte till en enkel uppgift.

För att komma in i ett område med icke-metalliska material är det nödvändigt att analysera om laserinteraktion med materialet är möjlig och om negativa reaktioner kommer att uppstå. För närvarande framstår glas som ett viktigt område med högt mervärde och potential för batchlaserbearbetningstillämpningar.

Stort utrymme för laserskärning av glas

Glas är ett viktigt industriellt material som används inom olika industrier, såsom fordonsindustrin, byggbranschen, medicin och elektronik. Dess tillämpningar sträcker sig från småskaliga optiska filter som mäter mikrometer till storskaliga glaspaneler som används inom industrier som fordonsindustrin eller byggbranschen.

Glas kan kategoriseras som optiskt glas, kvartsglas, mikrokristallint glas, safirglas med mera. Glasets viktigaste egenskap är dess sprödhet, vilket innebär betydande utmaningar för traditionella bearbetningsmetoder. Traditionella glasskärningsmetoder använder vanligtvis hårdlegering eller diamantverktyg, där skärprocessen är uppdelad i två steg. För det första skapas en spricka på glasytan med hjälp av ett diamantbelagt verktyg eller en hårdlegerad slipskiva. För det andra används mekaniska metoder för att separera glaset längs spricklinjen. Dessa traditionella processer har dock tydliga nackdelar. De är relativt ineffektiva, vilket resulterar i ojämna kanter som ofta kräver sekundär polering, och de producerar mycket skräp och damm. Dessutom, för uppgifter som att borra hål i mitten av glaspaneler eller skära oregelbundna former, är traditionella metoder ganska utmanande. Det är här fördelarna med laserskärning av glas blir uppenbara. År 2022 var Kinas glasindustris försäljningsintäkter cirka 744,3 miljarder yuan. Penetrationsgraden för laserskärningsteknik inom glasindustrin är fortfarande i sitt inledande skede, vilket indikerar ett betydande utrymme för tillämpning av laserskärningsteknik som ett substitut.

Glaslaserskärning: Från mobiltelefoner och framåt

Glaslaserskärning använder ofta ett Bezier-fokuseringshuvud för att generera laserstrålar med hög toppeffekt och täthet inuti glaset. Genom att fokusera Bezier-strålen inuti glaset förångas materialet omedelbart, vilket skapar en förångningszon som snabbt expanderar och bildar sprickor på de övre och nedre ytorna. Dessa sprickor bildar skärsektionen som består av otaliga små porpunkter, vilket möjliggör skärning genom externa spänningssprickor.

Med betydande framsteg inom lasertekniken har även effektnivåerna ökat. En nanosekunds grön laser med över 20 W effekt kan effektivt skära glas, medan en pikosekund ultraviolett laser med över 15 W effekt enkelt skär glas under 2 mm tjocklek. Det finns kinesiska företag som kan skära glas upp till 17 mm tjockt. Laserskärning av glas har hög effektivitet. Till exempel tar det bara cirka 10 sekunder att skära en glasstycke med en diameter på 10 cm på ett 3 mm tjockt glas med laserskärning jämfört med flera minuter med mekaniska knivar. Laserskurna kanter är släta, med en skårnoggrannhet på upp till 30 μm, vilket eliminerar behovet av sekundär bearbetning för allmänna industriprodukter.

Laserskärning av glas är en relativt ny utveckling som började för ungefär sex till sju år sedan. Mobiltelefontillverkningsindustrin var bland de tidiga som använde laserskärning på kameraglasskydd och upplevde en kraftig ökning med introduktionen av en laserskärningsenhet för osynlighetsskärning. Med populariteten för helskärmssmartphones har exakt laserskärning av hela storskärmsglaspaneler avsevärt ökat glasbearbetningskapaciteten. Laserskärning har blivit vanligt när det gäller bearbetning av glaskomponenter för mobiltelefoner. Denna trend har främst drivits av automatiserad utrustning för laserbearbetning av mobiltelefonglas, laserskärningsenheter för kameraskyddslinser och intelligent utrustning för laserborrning av glassubstrat.

Bilmonterade elektroniska skärmglas antar gradvis laserskärning

Bilmonterade skärmar förbrukar mycket glaspaneler, särskilt för centrala kontrollskärmar, navigationssystem, dashkameror etc. Numera är många nya energifordon utrustade med intelligenta system och överdimensionerade centrala kontrollskärmar. Intelligenta system har blivit standard i bilar, med stora och flera skärmar, och 3D-böjda skärmar har gradvis blivit mainstream på marknaden. Glasskyddspaneler för bilmonterade skärmar används ofta på grund av deras utmärkta egenskaper, och ett högkvalitativt böjt skärmglas kan ge en mer ultimat upplevelse för bilindustrin. Glasets höga hårdhet och sprödhet utgör dock en utmaning för bearbetningen.

Bilmonterade glasskärmar kräver hög precision, och toleranserna för de monterade strukturkomponenterna är mycket små. Stora dimensionsfel vid skärning av fyrkantiga/stångformade skärmar kan leda till monteringsproblem. Traditionella bearbetningsmetoder involverar flera steg som hjulskärning, manuell brytning, CNC-formning och fasning, bland annat. Eftersom det är mekanisk bearbetning lider den av problem som låg effektivitet, dålig kvalitet, låg avkastning och hög kostnad. Efter hjulskärning kan CNC-bearbetning av en enda central styrglasform för bilen ta upp till 8–10 minuter. Med ultrasnabba lasrar på över 100 W kan ett 17 mm glas skäras i ett slag; integrering av flera produktionsprocesser ökar effektiviteten med 80 %, där 1 laser motsvarar 20 CNC-maskiner. Detta förbättrar produktiviteten avsevärt och minskar enhetskostnaderna för bearbetning.

Andra tillämpningar av lasrar i glas

Kvartsglas har en unik struktur, vilket gör det svårt att splitskära med lasrar, men femtosekundlasrar kan användas för etsning på kvartsglas. Detta är en tillämpning av femtosekundlasrar för precisionsbearbetning och etsning på kvartsglas. Femtosekundlaserteknik är en snabbt utvecklande avancerad bearbetningsteknik under senare år, med extremt hög bearbetningsprecision och hastighet, kapabel till etsning och bearbetning på mikrometer- till nanometernivå på olika materialytor. Laserkylningstekniken varierar med de förändrade marknadskraven. Som en erfaren kyltillverkare som uppdaterar våra produktionslinjer för vattenkylare i linje med marknadstrenderna, kan TEYU Chiller Manufacturers CWUP-serie ultrasnabba laserkylare tillhandahålla effektiva och stabila kyllösningar för pikosekund- och femtosekundlasrar med upp till 60 W.

Lasersvetsning av glas är en ny teknik som har uppstått under de senaste två till tre åren, först i Tyskland. För närvarande har endast ett fåtal enheter i Kina, såsom Huagong Laser, Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics och Harbin Hit Weld Technology, slagit igenom denna teknik. Under inverkan av högpresterande, ultrakorta pulslasrar kan tryckvågorna som genereras av lasrar skapa mikrosprickor eller spänningskoncentrationer i glaset, vilket kan främja bindning mellan två glasbitar. Det sammanfogade glaset efter svetsning är mycket fast, och det är redan möjligt att uppnå tät svetsning mellan 3 mm tjockt glas. I framtiden fokuserar forskare också på överlappningssvetsning av glas med andra material. För närvarande har dessa nya processer ännu inte använts i stor utsträckning i batcher, men när de väl mognat kommer de utan tvekan att spela en viktig roll inom vissa avancerade tillämpningsområden.