Utforska den nuvarande statusen och potentialen för glaslaserbearbetning

Lasertillverkningstekniken har utvecklats snabbt under det senaste decenniet, med laserbearbetning för 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 därför lasertillämpningar expandera till nya materialområden. Icke-metalliska material som är lämpliga för laserapplikationer inkluderar tyger, glas, plast, polymerer, keramik med mera. Varje material omfattar flera industrier, men det finns redan mogna bearbetningstekniker, 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 industrimaterial 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 fordons- eller byggindustrin.

Glas kan delas in i optiskt glas, kvartsglas, mikrokristallint glas, safirglas och mer. Glasets viktiga egenskap är dess sprödhet, vilket innebär betydande utmaningar för traditionella bearbetningsmetoder. Traditionella glasskärningsmetoder använder vanligtvis hårda legeringar eller diamantverktyg, där skärprocessen är uppdelad i två steg. Först skapas en spricka på glasytan med hjälp av ett diamantbelagt verktyg eller en slipskiva av hårdlegering. 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 efterpolering, och de producerar mycket skräp och damm. Dessutom är traditionella metoder ganska utmanande för uppgifter som att borra hål mitt i glaspaneler eller skära oregelbundna former. Det är här fördelarna med laserskärning av glas blir uppenbara År 2022 var Kinas glasindustris försäljningsintäkter cirka 744,3 miljarder yuan. Penetrationshastigheten 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 densitet i 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 utan ansträngning 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 glasskärning 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 och började för ungefär sex till sju år sedan. Mobiltelefontillverkningsindustrin var bland de tidiga användarna, och använde laserskärning på kameraglasskydd och upplevde en ökning med introduktionen av en laserskärningsenhet för osynlighet. Med populariteten för helskärmssmartphones har exakt laserskärning av hela storskärmsglaspaneler ökat glasbearbetningskapaciteten avsevärt. Laserskärning har blivit vanligt när det gäller bearbetning av glaskomponenter för mobiltelefoner. Denna trend har främst drivits av automatiserad utrustning för laserbearbetning av mobiltelefoners täckglas, laserskärningsenheter för kameraskyddslinser och intelligent utrustning för laserborrning i 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, såväl som 3D-böjda skärmar som gradvis blir mainstream på marknaden. Glasskydd för bilmonterade skärmar används flitigt på grund av sina utmärkta egenskaper, och ett högkvalitativt böjt skärmglas kan ge en mer ultimat upplevelse för bilindustrin. Glasets höga hårdhet och sprödhet utgör dock en utmaning vid bearbetning.

Bilmonterade glasskärmar kräver hög precision, och toleranserna för de monterade strukturkomponenterna är mycket små. Stora måttfel vid skärning av fyrkantiga/stångsiktar kan leda till monteringsproblem. Traditionella bearbetningsmetoder involverar flera steg såsom skivskärning, manuell brytning, CNC-formning och fasning, bland annat. Eftersom det är mekanisk bearbetning lider det av problem som låg effektivitet, dålig kvalitet, låg avkastning och hög kostnad. Efter hjulskärning kan CNC-bearbetning av en enskild bils centrala kontrollglas ta upp till 8–10 minuter. Med ultrasnabba lasrar på över 100 W kan ett 17 mm glas skäras i ett enda drag; 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 avancerad bearbetningsteknik som utvecklats snabbt under senare år, med extremt hög bearbetningsprecision och hastighet, och kan etsa och bearbeta på mikrometer- till nanometernivå på olika materialytor.  Laserkylningstekniken varierar med de förändrade marknadskraven. Som en erfaren kyltillverkare som uppdaterar våra vattenkylare  I linje med marknadstrender kan TEYU-kylmaskintillverkarens ultrasnabba laserkylare i CWUP-serien erbjuda 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 även på överlappsvetsning 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 applikationsområden.