การสำรวจสถานะปัจจุบันและศักยภาพของกระบวนการแปรรูปแก้วด้วยเลเซอร์

เทคโนโลยีการผลิตด้วยเลเซอร์มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา โดยการใช้งานหลักคือการแปรรูปโลหะด้วยเลเซอร์ การตัดด้วยเลเซอร์ การเชื่อมด้วยเลเซอร์ และการเคลือบโลหะด้วยเลเซอร์ เป็นกระบวนการที่สำคัญที่สุดในการแปรรูปโลหะด้วยเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น ผลิตภัณฑ์เลเซอร์ก็เริ่มมีความคล้ายคลึงกันมากขึ้น ซึ่งจำกัดการเติบโตของตลาดเลเซอร์ ดังนั้น เพื่อให้เกิดความก้าวหน้า การใช้งานเลเซอร์ต้องขยายไปสู่วัสดุใหม่ๆ วัสดุที่ไม่ใช่โลหะที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานเลเซอร์ ได้แก่ ผ้า แก้ว พลาสติก โพลิเมอร์ เซรามิก และอื่นๆ แต่ละวัสดุเกี่ยวข้องกับหลายอุตสาหกรรม แต่เทคนิคการแปรรูปที่พัฒนาแล้วมีอยู่แล้ว ทำให้การทดแทนด้วยเลเซอร์ไม่ใช่เรื่องง่าย

ในการเข้าสู่สาขาวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ จำเป็นต้องวิเคราะห์ว่าการปฏิสัมพันธ์ของเลเซอร์กับวัสดุนั้นเป็นไปได้หรือไม่ และจะเกิดปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์หรือไม่ ปัจจุบัน แก้วเป็นวัสดุที่โดดเด่นในด้านมูลค่าเพิ่มสูงและมีศักยภาพสำหรับการประยุกต์ใช้ในการประมวลผลด้วยเลเซอร์ในปริมาณมาก

พื้นที่ขนาดใหญ่สำหรับงานตัดกระจกด้วยเลเซอร์

แก้วเป็นวัสดุอุตสาหกรรมที่สำคัญ ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยานยนต์ การก่อสร้าง การแพทย์ และอิเล็กทรอนิกส์ การใช้งานมีตั้งแต่ตัวกรองแสงขนาดเล็กที่วัดได้ในระดับไมโครเมตร ไปจนถึงแผ่นกระจกขนาดใหญ่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยานยนต์หรือการก่อสร้าง

กระจกสามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ได้แก่ กระจกออปติคอล กระจกควอตซ์ กระจกไมโครคริสตัลไลน์ กระจกแซฟไฟร์ และอื่นๆ คุณลักษณะที่สำคัญของกระจกคือความเปราะ ซึ่งเป็นความท้าทายอย่างมากสำหรับวิธีการแปรรูปแบบดั้งเดิม วิธีการตัดกระจกแบบดั้งเดิมมักใช้เครื่องมือโลหะผสมแข็งหรือเครื่องมือเพชร โดยแบ่งกระบวนการตัดออกเป็นสองขั้นตอน ขั้นแรก สร้างรอยแตกบนพื้นผิวกระจกโดยใช้เครื่องมือปลายเพชรหรือล้อเจียรโลหะผสมแข็ง ขั้นที่สอง ใช้กลไกในการแยกกระจกตามแนวรอยแตก อย่างไรก็ตาม กระบวนการแบบดั้งเดิมเหล่านี้มีข้อเสียที่ชัดเจน คือ ประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ ทำให้ได้ขอบที่ไม่เรียบซึ่งมักต้องขัดเงาเพิ่มเติม และก่อให้เกิดเศษวัสดุและฝุ่นละอองจำนวนมาก นอกจากนี้ สำหรับงานต่างๆ เช่น การเจาะรูตรงกลางแผ่นกระจกหรือการตัดรูปทรงที่ไม่สม่ำเสมอ วิธีการแบบดั้งเดิมนั้นค่อนข้างท้าทาย นี่คือจุดที่ข้อดีของการตัดกระจกด้วยเลเซอร์ปรากฏชัด ในปี 2022 รายได้จากการขายอุตสาหกรรมกระจกของจีนอยู่ที่ประมาณ 744.3 พันล้านหยวน อัตราการแพร่หลายของเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ในอุตสาหกรรมกระจกยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ซึ่งบ่งชี้ว่ายังมีโอกาสอีกมากสำหรับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์เป็นทางเลือกทดแทน

การตัดกระจกด้วยเลเซอร์: ตั้งแต่โทรศัพท์มือถือเป็นต้นไป

การตัดกระจกด้วยเลเซอร์มักใช้หัวโฟกัสแบบเบซิเยร์เพื่อสร้างลำแสงเลเซอร์ที่มีกำลังและความหนาแน่นสูงภายในกระจก การโฟกัสลำแสงเบซิเยร์ภายในกระจกจะทำให้วัสดุระเหยกลายเป็นไอในทันที เกิดเป็นโซนการระเหยซึ่งจะขยายตัวอย่างรวดเร็วจนเกิดเป็นรอยแตกบนพื้นผิวด้านบนและด้านล่าง รอยแตกเหล่านี้จะก่อตัวเป็นส่วนตัดที่ประกอบด้วยจุดรูพรุนเล็กๆ นับไม่ถ้วน ทำให้สามารถตัดผ่านรอยแตกที่เกิดจากความเครียดภายนอกได้

ด้วยความก้าวหน้าอย่างมากในเทคโนโลยีเลเซอร์ ระดับพลังงานก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน เลเซอร์สีเขียวแบบนาโนวินาทีที่มีกำลังมากกว่า 20 วัตต์สามารถตัดกระจกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่เลเซอร์อัลตราไวโอเลตแบบพิโควินาทีที่มีกำลังมากกว่า 15 วัตต์สามารถตัดกระจกที่มีความหนาน้อยกว่า 2 มิลลิเมตรได้อย่างง่ายดาย มีบริษัทในประเทศจีนที่สามารถตัดกระจกที่มีความหนาได้ถึง 17 มิลลิเมตร การตัดกระจกด้วยเลเซอร์มีประสิทธิภาพสูง ตัวอย่างเช่น การตัดชิ้นกระจกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 เซนติเมตร บนกระจกหนา 3 มิลลิเมตร ใช้เวลาเพียงประมาณ 10 วินาทีด้วยการตัดด้วยเลเซอร์ เทียบกับหลายนาทีด้วยมีดตัดแบบกลไก ขอบที่ตัดด้วยเลเซอร์มีความเรียบเนียน มีความแม่นยำของรอยบากสูงถึง 30 ไมโครเมตร ทำให้ไม่จำเป็นต้องทำการปรับแต่งเพิ่มเติมสำหรับผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมทั่วไป

การตัดกระจกด้วยเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ เริ่มต้นเมื่อประมาณหกถึงเจ็ดปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมการผลิตโทรศัพท์มือถือเป็นหนึ่งในกลุ่มแรกๆ ที่นำเทคโนโลยีนี้มาใช้ โดยใช้การตัดด้วยเลเซอร์กับฝาครอบกระจกกล้อง และได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นอย่างมากหลังจากมีการนำอุปกรณ์ตัดด้วยเลเซอร์แบบมองไม่เห็นมาใช้ ด้วยความนิยมของสมาร์ทโฟนหน้าจอเต็มรูปแบบ การตัดด้วยเลเซอร์ที่แม่นยำของแผงกระจกหน้าจอขนาดใหญ่ทั้งหมดได้ช่วยเพิ่มกำลังการผลิตกระจกอย่างมีนัยสำคัญ การตัดด้วยเลเซอร์กลายเป็นเรื่องปกติในการแปรรูปชิ้นส่วนกระจกสำหรับโทรศัพท์มือถือ แนวโน้มนี้ได้รับแรงผลักดันหลักจากอุปกรณ์อัตโนมัติสำหรับการแปรรูปด้วยเลเซอร์ของฝาครอบกระจกโทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์ตัดด้วยเลเซอร์สำหรับเลนส์ป้องกันกล้อง และอุปกรณ์อัจฉริยะสำหรับการเจาะด้วยเลเซอร์บนพื้นผิวกระจก

กระจกหน้าจออิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์กำลังค่อยๆ หันมาใช้การตัดด้วยเลเซอร์

หน้าจอที่ติดตั้งบนรถยนต์ใช้แผงกระจกจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับหน้าจอควบคุมส่วนกลาง ระบบนำทาง กล้องติดหน้ารถ ฯลฯ ปัจจุบัน รถยนต์พลังงานใหม่หลายคันติดตั้งระบบอัจฉริยะและหน้าจอควบคุมส่วนกลางขนาดใหญ่ ระบบอัจฉริยะได้กลายเป็นมาตรฐานในรถยนต์ โดยมีหน้าจอขนาดใหญ่และหลายจอ รวมถึงหน้าจอโค้ง 3 มิติที่กำลังค่อยๆ กลายเป็นกระแสหลักในตลาด แผงกระจกสำหรับหน้าจอที่ติดตั้งบนรถยนต์มีการใช้งานอย่างแพร่หลายเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม และกระจกหน้าจอโค้งคุณภาพสูงสามารถมอบประสบการณ์ที่เหนือกว่าให้กับอุตสาหกรรมยานยนต์ อย่างไรก็ตาม ความแข็งและความเปราะสูงของกระจกเป็นความท้าทายในการแปรรูป

หน้าจอกระจกที่ติดตั้งบนรถยนต์ต้องการความแม่นยำสูง และความคลาดเคลื่อนของชิ้นส่วนโครงสร้างที่ประกอบนั้นน้อยมาก ข้อผิดพลาดด้านขนาดขนาดใหญ่ในระหว่างการตัดหน้าจอแบบสี่เหลี่ยม/แท่งอาจนำไปสู่ปัญหาในการประกอบ วิธีการผลิตแบบดั้งเดิมเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน เช่น การตัดด้วยล้อ การทุบด้วยมือ การขึ้นรูปด้วยเครื่อง CNC และการลบคม เป็นต้น เนื่องจากเป็นกระบวนการเชิงกล จึงประสบปัญหาต่างๆ เช่น ประสิทธิภาพต่ำ คุณภาพต่ำ อัตราผลผลิตต่ำ และต้นทุนสูง หลังจากตัดด้วยล้อแล้ว การขึ้นรูปกระจกครอบแผงควบคุมกลางของรถยนต์ด้วยเครื่อง CNC อาจใช้เวลาถึง 8-10 นาที ด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงกว่า 100 วัตต์ สามารถตัดกระจกหนา 17 มม. ได้ในครั้งเดียว การบูรณาการกระบวนการผลิตหลายขั้นตอนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้ถึง 80% โดยเลเซอร์ 1 ตัวเทียบเท่ากับเครื่อง CNC 20 เครื่อง ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตและลดต้นทุนต่อหน่วยได้อย่างมาก

การประยุกต์ใช้เลเซอร์ในด้านอื่นๆ ของงานแก้ว

กระจกควอตซ์มีโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้ยากต่อการตัดแยกด้วยเลเซอร์ แต่เลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถใช้สำหรับการแกะสลักบนกระจกควอตซ์ได้ นี่คือการประยุกต์ใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีสำหรับการตัดเฉือนและการแกะสลักที่มีความแม่นยำสูงบนกระจกควอตซ์ เทคโนโลยีเลเซอร์เฟมโตวินาทีเป็นเทคโนโลยีการประมวลผลขั้นสูงที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีความแม่นยำและความเร็วในการประมวลผลสูงมาก สามารถแกะสลักและประมวลผลในระดับไมโครเมตรถึงนาโนเมตรบนพื้นผิววัสดุต่างๆ ได้ เทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยเลเซอร์นั้นแตกต่างกันไปตามความต้องการของตลาดที่เปลี่ยนแปลงไป ในฐานะผู้ผลิตเครื่องทำความเย็นที่มีประสบการณ์ซึ่งอัปเดตผลิตภัณฑ์ของเราอย่างต่อเนื่อง เครื่องทำความเย็นน้ำ สายการผลิตที่สอดคล้องกับแนวโน้มของตลาด TEYU เครื่องทำความเย็นเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ CWUP-Series ของผู้ผลิตเครื่องทำความเย็นสามารถให้โซลูชันการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพและเสถียรสำหรับเลเซอร์พิโควินาทีและเฟมโตวินาทีที่มีกำลังไฟสูงสุด 60W

การเชื่อมกระจกด้วยเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่เกิดขึ้นในช่วงสองถึงสามปีที่ผ่านมา โดยเริ่มแรกปรากฏในประเทศเยอรมนี ปัจจุบัน มีเพียงไม่กี่หน่วยงานในประเทศจีน เช่น Huagong Laser, Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics และ Harbin Hit Weld Technology ที่ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ ภายใต้การทำงานของเลเซอร์กำลังสูงและพัลส์สั้นมาก คลื่นความดันที่เกิดจากเลเซอร์สามารถสร้างรอยแตกขนาดเล็กหรือจุดรวมความเค้นในกระจก ซึ่งสามารถส่งเสริมการยึดติดระหว่างกระจกสองชิ้น กระจกที่เชื่อมแล้วมีความแข็งแรงมาก และสามารถเชื่อมติดแน่นระหว่างกระจกหนา 3 มม. ได้แล้ว ในอนาคต นักวิจัยยังมุ่งเน้นไปที่การเชื่อมแบบซ้อนทับของกระจกกับวัสดุอื่นๆ ปัจจุบัน กระบวนการใหม่เหล่านี้ยังไม่ได้ถูกนำมาใช้ในวงกว้าง แต่เมื่อพัฒนาเต็มที่แล้ว ก็จะเข้ามามีบทบาทสำคัญในบางสาขาการใช้งานระดับสูงอย่างแน่นอน