การสำรวจสถานะปัจจุบันและศักยภาพของการประมวลผลด้วยเลเซอร์กระจก

เทคโนโลยีการผลิตด้วยเลเซอร์ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา โดยมีการนำไปประยุกต์ใช้หลักคือการประมวลผลด้วยเลเซอร์สำหรับวัสดุโลหะ การตัดด้วยเลเซอร์ การเชื่อมด้วยเลเซอร์ และการหุ้มโลหะด้วยเลเซอร์ ถือเป็นกระบวนการที่สำคัญที่สุดในการแปรรูปโลหะด้วยเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น การทำให้ผลิตภัณฑ์เลเซอร์เป็นเนื้อเดียวกันก็รุนแรงขึ้น ส่งผลให้การเติบโตของตลาดเลเซอร์มีจำกัด ดังนั้น เพื่อให้ก้าวล้ำไปอีกขั้น การประยุกต์ใช้เลเซอร์จะต้องขยายไปสู่โดเมนวัสดุใหม่ๆ วัสดุที่ไม่ใช่โลหะที่เหมาะสำหรับการใช้งานเลเซอร์ได้แก่ ผ้า แก้ว พลาสติก โพลิเมอร์ เซรามิก และอื่นๆ วัสดุแต่ละชนิดเกี่ยวข้องกับหลายอุตสาหกรรม แต่มีเทคนิคการประมวลผลที่ครบวงจรอยู่แล้ว ทำให้การทดแทนเลเซอร์ไม่ใช่เรื่องง่าย

ในการเข้าสู่สาขาวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ จำเป็นต้องวิเคราะห์ว่าการโต้ตอบด้วยเลเซอร์กับวัสดุเป็นไปได้หรือไม่ และจะเกิดปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์หรือไม่ ในปัจจุบัน กระจกถือเป็นพื้นที่สำคัญที่มีมูลค่าเพิ่มสูงและมีศักยภาพสำหรับการใช้งานการประมวลผลด้วยเลเซอร์แบบแบตช์

พื้นที่ขนาดใหญ่สำหรับการตัดกระจกด้วยเลเซอร์

กระจกเป็นวัสดุอุตสาหกรรมที่สำคัญซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยานยนต์ ก่อสร้าง การแพทย์ และอิเล็กทรอนิกส์ การประยุกต์ใช้มีตั้งแต่ฟิลเตอร์ออปติกขนาดเล็กที่เป็นไมโครมิเตอร์ไปจนถึงแผงกระจกขนาดใหญ่ที่ใช้ในอุตสาหกรรม เช่น ยานยนต์หรือการก่อสร้าง

กระจกสามารถแบ่งประเภทได้เป็น กระจกออปติคอล กระจกควอตซ์ กระจกไมโครคริสตัลไลน์ กระจกแซฟไฟร์ และอื่นๆ อีกมากมาย ลักษณะสำคัญของแก้วคือความเปราะบาง ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายอย่างมากต่อวิธีการประมวลผลแบบดั้งเดิม วิธีการตัดกระจกแบบดั้งเดิมมักใช้เครื่องมือโลหะผสมแข็งหรือเพชร โดยกระบวนการตัดแบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน ขั้นแรก รอยแตกจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวกระจกโดยใช้เครื่องมือปลายเพชรหรือล้อเจียรโลหะผสมแข็ง ประการที่สอง มีการใช้กลไกเพื่อแยกกระจกตามแนวรอยแตกร้าว อย่างไรก็ตาม กระบวนการดั้งเดิมเหล่านี้มีข้อเสียที่ชัดเจน มีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ ส่งผลให้ขอบไม่เรียบ ซึ่งมักต้องขัดเป็นครั้งที่สอง และยังก่อให้เกิดเศษวัสดุและฝุ่นจำนวนมาก ยิ่งไปกว่านั้น สำหรับงานเช่นการเจาะรูตรงกลางแผงกระจกหรือการตัดรูปทรงที่ไม่สม่ำเสมอ วิธีการแบบดั้งเดิมนั้นค่อนข้างท้าทาย นี่คือจุดที่ข้อดีของการตัดกระจกด้วยเลเซอร์ปรากฏชัดเจน ในปี 2022 รายได้จากการขายอุตสาหกรรมกระจกของจีนอยู่ที่ประมาณ 744.3 พันล้านหยวน อัตราการเจาะตลาดของเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ในอุตสาหกรรมกระจกยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ซึ่งบ่งชี้ถึงช่องว่างสำคัญในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ทดแทน

การตัดกระจกด้วยเลเซอร์: จากโทรศัพท์มือถือเป็นต้นไป

การตัดกระจกด้วยเลเซอร์มักใช้หัวโฟกัสเบซิเยร์เพื่อสร้างลำแสงเลเซอร์ที่มีกำลังสูงสุดและความหนาแน่นสูงภายในกระจก โดยการโฟกัสลำแสงเบซิเยร์เข้าไปในกระจก จะทำให้สารระเหยทันที ทำให้เกิดโซนระเหยที่ขยายตัวอย่างรวดเร็วจนเกิดรอยแตกร้าวบนพื้นผิวด้านบนและด้านล่าง รอยแตกร้าวเหล่านี้ก่อตัวเป็นส่วนการตัดที่ประกอบด้วยจุดรูพรุนเล็กๆ จำนวนมาก ซึ่งสามารถตัดผ่านรอยแตกที่เกิดจากความเค้นภายนอกได้

ด้วยความก้าวหน้าอย่างมากในเทคโนโลยีเลเซอร์ ระดับพลังงานก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน เลเซอร์สีเขียวระดับนาโนวินาทีที่มีพลังงานมากกว่า 20 วัตต์สามารถตัดกระจกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่เลเซอร์อัลตราไวโอเลตระดับพิโควินาทีที่มีพลังงานมากกว่า 15 วัตต์สามารถตัดกระจกที่มีความหนาไม่เกิน 2 มม. ได้อย่างง่ายดาย มีบริษัทจีนที่สามารถตัดกระจกได้หนาถึง 17 มม. การตัดกระจกด้วยเลเซอร์มีประสิทธิภาพสูง ตัวอย่างเช่น การตัดชิ้นแก้วที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ซม. บนแก้วหนา 3 มม. ใช้เวลาเพียงประมาณ 10 วินาทีด้วยการตัดด้วยเลเซอร์ เมื่อเทียบกับการใช้มีดเครื่องจักรที่ต้องใช้เวลาหลายนาที ขอบที่ตัดด้วยเลเซอร์มีความเรียบ โดยมีความแม่นยำของรอยบากถึง 30μm ช่วยขจัดความจำเป็นในการกลึงรองสำหรับผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมทั่วไป

การตัดกระจกด้วยเลเซอร์เป็นการพัฒนาที่ค่อนข้างใหม่ โดยเริ่มต้นเมื่อประมาณ 6 ถึง 7 ปีที่แล้ว อุตสาหกรรมการผลิตโทรศัพท์มือถือถือเป็นกลุ่มแรกๆ ที่นำการตัดด้วยเลเซอร์มาใช้กับกระจกฝาครอบกล้อง และยังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ด้วยการเปิดตัวอุปกรณ์ตัดด้วยเลเซอร์ที่มองไม่เห็น ด้วยความนิยมของสมาร์ทโฟนแบบเต็มจอ การตัดด้วยเลเซอร์อย่างแม่นยำบนแผงกระจกหน้าจอใหญ่ทั้งหมดช่วยเพิ่มศักยภาพในการประมวลผลกระจกได้อย่างมาก การตัดด้วยเลเซอร์กลายเป็นเรื่องธรรมดาในการประมวลผลส่วนประกอบกระจกสำหรับโทรศัพท์มือถือ แนวโน้มนี้ได้รับแรงผลักดันเป็นหลักจากอุปกรณ์อัตโนมัติสำหรับการประมวลผลกระจกฝาครอบโทรศัพท์มือถือด้วยเลเซอร์ อุปกรณ์ตัดเลเซอร์สำหรับเลนส์ป้องกันกล้อง และอุปกรณ์อัจฉริยะสำหรับการเจาะกระจกพื้นผิวด้วยเลเซอร์

กระจกหน้าจออิเล็กทรอนิกส์ที่ติดตั้งบนรถยนต์กำลังค่อยๆ นำการตัดด้วยเลเซอร์มาใช้

หน้าจอติดรถยนต์ใช้แผงกระจกจำนวนมาก โดยเฉพาะหน้าจอควบคุมส่วนกลาง ระบบนำทาง กล้องติดรถยนต์ ฯลฯ ในปัจจุบัน รถยนต์พลังงานใหม่หลายรุ่นมาพร้อมกับระบบอัจฉริยะและหน้าจอควบคุมกลางขนาดใหญ่ ระบบอัจฉริยะกลายเป็นมาตรฐานในรถยนต์ โดยมีหน้าจอขนาดใหญ่และหลายหน้าจอ รวมถึงหน้าจอโค้ง 3 มิติที่ค่อยๆ กลายมาเป็นกระแสหลักของตลาด แผงกระจกสำหรับหน้าจอติดรถยนต์ได้รับความนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีคุณสมบัติที่โดดเด่น และกระจกหน้าจอโค้งคุณภาพสูงสามารถมอบประสบการณ์ที่เหนือระดับยิ่งขึ้นให้กับอุตสาหกรรมยานยนต์ อย่างไรก็ตาม ความแข็งและความเปราะบางสูงของแก้วก่อให้เกิดความท้าทายในการแปรรูป

กระจกติดรถยนต์ต้องมีความแม่นยำสูง และความคลาดเคลื่อนของส่วนประกอบโครงสร้างที่ประกอบแล้วนั้นน้อยมาก ข้อผิดพลาดขนาดใหญ่ในระหว่างการตัดตะแกรงสี่เหลี่ยม/แท่งอาจนำไปสู่ปัญหาในการประกอบ วิธีการประมวลผลแบบดั้งเดิมเกี่ยวข้องกับขั้นตอนต่างๆ มากมาย เช่น การตัดด้วยล้อ การหักด้วยมือ การขึ้นรูปด้วย CNC และการลบมุม เป็นต้น เนื่องจากเป็นการประมวลผลทางกล จึงประสบปัญหาต่างๆ เช่น ประสิทธิภาพต่ำ คุณภาพต่ำ อัตราผลผลิตต่ำ และต้นทุนสูง หลังจากการตัดล้อแล้ว การกลึง CNC ของรูปร่างกระจกฝาครอบควบคุมกลางรถยนต์แต่ละคันอาจใช้เวลานานถึง 8-10 นาที ด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษมากกว่า 100 วัตต์ สามารถตัดกระจกขนาด 17 มม. ได้ในครั้งเดียว การรวมกระบวนการผลิตหลายขั้นตอนเข้าด้วยกันช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้ถึง 80% ซึ่งเลเซอร์ 1 ตัวเทียบเท่ากับเครื่อง CNC จำนวน 20 เครื่อง วิธีนี้ช่วยปรับปรุงผลผลิตและลดต้นทุนการประมวลผลหน่วยได้อย่างมาก

การประยุกต์ใช้เลเซอร์อื่นๆ ในกระจก

แก้วควอตซ์มีโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้ยากต่อการแตกและตัดด้วยเลเซอร์ แต่เลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถนำมาใช้ในการแกะสลักบนแก้วควอตซ์ได้ นี่คือการประยุกต์ใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีสำหรับการกลึงและแกะสลักที่แม่นยำบนกระจกควอตซ์ เทคโนโลยีเลเซอร์เฟมโตวินาทีเป็นเทคโนโลยีการประมวลผลขั้นสูงที่พัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยมีความแม่นยำและความเร็วในการประมวลผลที่สูงมาก สามารถกัดและประมวลผลได้ในระดับไมโครเมตรถึงนาโนเมตรบนพื้นผิววัสดุต่างๆ  เทคโนโลยีการทำความเย็นด้วยเลเซอร์จะแตกต่างกันออกไปตามความต้องการที่เปลี่ยนแปลงของตลาด ในฐานะผู้ผลิตเครื่องทำความเย็นที่มีประสบการณ์ซึ่งอัปเดตข้อมูลของเรา เครื่องทำน้ำเย็น  สายการผลิตที่สอดคล้องกับแนวโน้มของตลาด เครื่องทำความเย็นเลเซอร์ความเร็วสูงซีรีส์ CWUP ของผู้ผลิตเครื่องทำความเย็น TEYU สามารถให้โซลูชันการทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพและเสถียรสำหรับเลเซอร์พิโคเซคันด์และเฟมโตเซคันด์ที่มีกำลังไฟสูงสุด 60 วัตต์

การเชื่อมกระจกด้วยเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่เกิดขึ้นในช่วงสองถึงสามปีที่ผ่านมา โดยเริ่มแรกปรากฏในประเทศเยอรมนี ในปัจจุบัน มีเพียงไม่กี่หน่วยงานในประเทศจีน เช่น Huagong Laser, Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics และ Harbin Hit Weld Technology ที่สามารถพัฒนาเทคโนโลยีนี้ได้ ภายใต้การทำงานของเลเซอร์พัลส์สั้นพิเศษกำลังสูง คลื่นแรงดันที่เกิดจากเลเซอร์สามารถสร้างรอยแตกร้าวขนาดเล็กหรือความเข้มข้นของความเค้นในกระจก ซึ่งสามารถส่งเสริมการยึดติดระหว่างกระจกสองชิ้นได้  กระจกที่เชื่อมติดกันหลังการเชื่อมจะมีความแข็งแรงมาก และสามารถเชื่อมกระจกหนา 3 มม. ให้แน่นหนาได้แล้ว ในอนาคตนักวิจัยยังมุ่งเน้นไปที่การเชื่อมซ้อนกระจกกับวัสดุอื่นๆ ด้วย ในปัจจุบัน กระบวนการใหม่เหล่านี้ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้เป็นชุดๆ อย่างแพร่หลาย แต่เมื่อกระบวนการเหล่านี้ได้รับการพัฒนาจนสมบูรณ์แล้ว ก็จะมีบทบาทสำคัญในสาขาแอปพลิเคชันระดับไฮเอนด์อย่างไม่ต้องสงสัย