Khám phá hiện trạng và tiềm năng của công nghệ xử lý thủy tinh bằng laser.

Công nghệ sản xuất bằng laser đã phát triển nhanh chóng trong thập kỷ qua, với ứng dụng chính là gia công laser cho các vật liệu kim loại. Cắt laser, hàn laser và phủ laser kim loại là những quy trình quan trọng nhất trong gia công laser kim loại. Tuy nhiên, khi nồng độ laser tăng lên, sự đồng nhất hóa các sản phẩm laser trở nên nghiêm trọng, hạn chế sự tăng trưởng của thị trường laser. Do đó, để đột phá, các ứng dụng laser cần mở rộng sang các lĩnh vực vật liệu mới. Các vật liệu phi kim loại phù hợp cho ứng dụng laser bao gồm vải, thủy tinh, nhựa, polyme, gốm sứ, và nhiều hơn nữa. Mỗi loại vật liệu liên quan đến nhiều ngành công nghiệp, nhưng các kỹ thuật xử lý tiên tiến đã tồn tại, khiến việc thay thế laser không phải là một nhiệm vụ dễ dàng.

Để thâm nhập vào lĩnh vực vật liệu phi kim loại, cần phải phân tích xem liệu tương tác laser với vật liệu có khả thi hay không và liệu có xảy ra các phản ứng bất lợi hay không. Hiện nay, thủy tinh nổi bật như một lĩnh vực trọng điểm với giá trị gia tăng cao và tiềm năng ứng dụng trong gia công laser hàng loạt.

Không gian rộng rãi để cắt kính bằng laser.

Thủy tinh là một vật liệu công nghiệp quan trọng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như ô tô, xây dựng, y tế và điện tử. Ứng dụng của nó trải rộng từ các bộ lọc quang học kích thước nhỏ đến các tấm kính lớn được sử dụng trong các ngành công nghiệp như ô tô hoặc xây dựng.

Thủy tinh có thể được phân loại thành thủy tinh quang học, thủy tinh thạch anh, thủy tinh vi tinh thể, thủy tinh sapphire, và nhiều loại khác. Đặc điểm nổi bật của thủy tinh là tính dễ vỡ, điều này đặt ra những thách thức đáng kể cho các phương pháp gia công truyền thống. Các phương pháp cắt thủy tinh truyền thống thường sử dụng các dụng cụ bằng hợp kim cứng hoặc kim cương, với quy trình cắt được chia thành hai bước. Đầu tiên, một vết nứt được tạo ra trên bề mặt thủy tinh bằng dụng cụ có đầu kim cương hoặc bánh mài hợp kim cứng. Thứ hai, các biện pháp cơ học được sử dụng để tách thủy tinh dọc theo đường nứt. Tuy nhiên, các quy trình truyền thống này có những nhược điểm rõ ràng. Chúng tương đối kém hiệu quả, dẫn đến các cạnh không đều thường cần phải đánh bóng lại, và chúng tạo ra rất nhiều mảnh vụn và bụi. Hơn nữa, đối với các công việc như khoan lỗ ở giữa các tấm kính hoặc cắt các hình dạng không đều, các phương pháp truyền thống khá khó khăn. Đây là lúc những ưu điểm của việc cắt thủy tinh bằng laser trở nên rõ ràng. Năm 2022, doanh thu ngành công nghiệp thủy tinh của Trung Quốc đạt khoảng 744,3 tỷ nhân dân tệ. Tỷ lệ thâm nhập của công nghệ cắt laser trong ngành công nghiệp thủy tinh vẫn đang ở giai đoạn đầu, cho thấy một không gian đáng kể để ứng dụng công nghệ cắt laser như một giải pháp thay thế.

Cắt kính bằng laser: Từ điện thoại di động trở đi

Cắt kính bằng laser thường sử dụng đầu hội tụ Bezier để tạo ra chùm tia laser có công suất đỉnh và mật độ cao bên trong kính. Bằng cách hội tụ chùm tia Bezier bên trong kính, nó làm bay hơi vật liệu ngay lập tức, tạo ra vùng bay hơi, vùng này nhanh chóng mở rộng để tạo thành các vết nứt trên bề mặt trên và dưới. Những vết nứt này tạo thành phần cắt bao gồm vô số điểm lỗ nhỏ li ti, giúp cắt xuyên qua các vết nứt do ứng suất bên ngoài.

Với những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ laser, công suất cũng đã tăng lên đáng kể. Laser xanh nano giây với công suất trên 20W có thể cắt kính hiệu quả, trong khi laser cực tím pico giây với công suất trên 15W có thể dễ dàng cắt kính dày dưới 2mm. Hiện nay, có những doanh nghiệp Trung Quốc có thể cắt kính dày tới 17mm. Cắt kính bằng laser có hiệu quả cao. Ví dụ, cắt một mảnh kính đường kính 10cm trên tấm kính dày 3mm chỉ mất khoảng 10 giây bằng laser, so với vài phút khi sử dụng dao cơ khí. Các cạnh được cắt bằng laser rất mịn, với độ chính xác vết cắt lên đến 30μm, loại bỏ nhu cầu gia công thứ cấp đối với các sản phẩm công nghiệp thông thường.

Cắt kính bằng laser là một công nghệ tương đối mới, bắt đầu khoảng sáu đến bảy năm trước. Ngành công nghiệp sản xuất điện thoại di động là một trong những ngành tiên phong sử dụng công nghệ này, với việc cắt laser trên các tấm kính bảo vệ camera và chứng kiến ​​sự bùng nổ khi thiết bị cắt laser vô hình ra đời. Với sự phổ biến của điện thoại thông minh màn hình tràn viền, việc cắt laser chính xác toàn bộ các tấm kính màn hình lớn đã thúc đẩy đáng kể năng lực gia công kính. Cắt laser đã trở nên phổ biến trong việc gia công các linh kiện kính cho điện thoại di động. Xu hướng này chủ yếu được thúc đẩy bởi các thiết bị tự động hóa để gia công laser kính bảo vệ màn hình điện thoại di động, các thiết bị cắt laser cho thấu kính bảo vệ camera và các thiết bị thông minh để khoan laser trên chất nền kính.

Kính màn hình điện tử gắn trên ô tô đang dần được ứng dụng công nghệ cắt laser.

Màn hình gắn trên xe hơi tiêu tốn rất nhiều tấm kính, đặc biệt là đối với màn hình điều khiển trung tâm, hệ thống định vị, camera hành trình, v.v. Hiện nay, nhiều xe năng lượng mới được trang bị hệ thống thông minh và màn hình điều khiển trung tâm cỡ lớn. Hệ thống thông minh đã trở thành tiêu chuẩn trong ô tô, với màn hình lớn và nhiều màn hình, cũng như màn hình cong 3D đang dần trở thành xu hướng chủ đạo trên thị trường. Tấm kính bảo vệ cho màn hình gắn trên xe được sử dụng rộng rãi nhờ đặc tính ưu việt của chúng, và kính màn hình cong chất lượng cao có thể mang lại trải nghiệm tuyệt vời hơn cho ngành công nghiệp ô tô. Tuy nhiên, độ cứng và độ giòn cao của kính đặt ra thách thức trong quá trình gia công.

Màn hình kính gắn trên xe hơi đòi hỏi độ chính xác cao, và dung sai của các bộ phận cấu trúc lắp ráp rất nhỏ. Sai sót kích thước lớn trong quá trình cắt màn hình vuông/thanh có thể dẫn đến các vấn đề lắp ráp. Các phương pháp gia công truyền thống bao gồm nhiều bước như cắt bằng bánh xe, bẻ thủ công, tạo hình bằng CNC và vát cạnh, cùng nhiều bước khác. Vì là gia công cơ khí, nên nó gặp phải các vấn đề như hiệu suất thấp, chất lượng kém, tỷ lệ sản phẩm đạt chất lượng thấp và chi phí cao. Sau khi cắt bằng bánh xe, gia công CNC một tấm kính che bảng điều khiển trung tâm xe hơi có thể mất đến 8-10 phút. Với laser siêu nhanh trên 100W, kính dày 17mm có thể được cắt chỉ trong một lần; việc tích hợp nhiều quy trình sản xuất giúp tăng hiệu suất lên 80%, trong đó 1 laser tương đương với 20 máy CNC. Điều này giúp cải thiện đáng kể năng suất và giảm chi phí gia công trên mỗi đơn vị sản phẩm.

Các ứng dụng khác của laser trong thủy tinh

Thủy tinh thạch anh có cấu trúc độc đáo, khiến việc cắt tách bằng laser trở nên khó khăn, nhưng laser femtô giây có thể được sử dụng để khắc trên thủy tinh thạch anh. Đây là một ứng dụng của laser femtô giây trong gia công chính xác và khắc trên thủy tinh thạch anh. Công nghệ laser femtô giây là một công nghệ xử lý tiên tiến đang phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, với độ chính xác và tốc độ xử lý cực cao, có khả năng khắc và xử lý ở mức micromet đến nanomet trên nhiều bề mặt vật liệu khác nhau. Công nghệ làm mát bằng laser thay đổi theo nhu cầu thị trường. Là một nhà sản xuất máy làm lạnh giàu kinh nghiệm, chúng tôi luôn cập nhật công nghệ của mình. máy làm lạnh nước dây chuyền sản xuất phù hợp với xu hướng thị trường, TEYU Máy làm lạnh laser siêu nhanh dòng CWUP của nhà sản xuất Chiller có thể cung cấp các giải pháp làm mát hiệu quả và ổn định cho laser picosecond và femtosecond với công suất lên đến 60W.

Hàn laser thủy tinh là một công nghệ mới nổi lên trong hai đến ba năm gần đây, ban đầu xuất hiện ở Đức. Hiện nay, chỉ có một vài đơn vị ở Trung Quốc, như Huagong Laser, Viện Quang học và Cơ khí chính xác Tây An, và Công nghệ hàn Harbin Hit Weld, đã thành công trong việc ứng dụng công nghệ này. Dưới tác động của laser xung cực ngắn công suất cao, sóng áp suất do laser tạo ra có thể tạo ra các vết nứt nhỏ hoặc điểm tập trung ứng suất trong thủy tinh, từ đó thúc đẩy sự liên kết giữa hai mảnh thủy tinh. Thủy tinh được hàn rất chắc chắn, và hiện nay đã có thể đạt được mối hàn kín giữa các tấm thủy tinh dày 3mm. Trong tương lai, các nhà nghiên cứu cũng đang tập trung vào việc hàn chồng thủy tinh với các vật liệu khác. Hiện tại, các quy trình mới này vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi trên quy mô lớn, nhưng một khi hoàn thiện, chúng chắc chắn sẽ đóng vai trò quan trọng trong một số lĩnh vực ứng dụng cao cấp.