探索玻璃激光加工的现状和潜力

过去十年，激光制造技术发展迅猛，其主要应用领域是金属材料的激光加工。金属的激光切割、激光焊接和激光熔覆是金属激光加工中最重要的工艺之一。然而，随着市场集中度的提高，激光产品的同质化现象日益严重，限制了激光市场的增长。因此，为了突破这一瓶颈，激光应用必须拓展到新的材料领域。适用于激光加工的非金属材料包括织物、玻璃、塑料、聚合物、陶瓷等等。每种材料都涉及多个行业，但现有的加工技术已经相当成熟，因此激光替代传统加工方式并非易事。

要进入非金属材料领域，必须分析激光与该材料相互作用是否可行，以及是否会发生不良反应。目前，玻璃因其高附加值和批量激光加工应用潜力而脱颖而出，成为重点研究领域。

宽敞的玻璃激光切割空间

玻璃是一种重要的工业材料，广泛应用于汽车、建筑、医疗和电子等各个行业。其应用范围从微米级的小型光学滤波器到汽车或建筑等行业使用的大型玻璃面板。

玻璃可分为光学玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、蓝宝石玻璃等。玻璃的显著特点是脆性，这对传统的加工方法提出了巨大的挑战。传统的玻璃切割方法通常使用硬质合金或金刚石刀具，切割过程分为两步。首先，使用金刚石刀具或硬质合金砂轮在玻璃表面产生裂纹。其次，采用机械方法沿裂纹线分离玻璃。然而，这些传统工艺存在明显的缺点。它们效率相对较低，切割边缘不平整，通常需要二次抛光，并且会产生大量的碎屑和粉尘。此外，对于在玻璃面板中间钻孔或切割不规则形状等任务，传统方法也难以胜任。而激光切割玻璃的优势正体现在这里。2022年，中国玻璃行业的销售收入约为7443亿元人民币。激光切割技术在玻璃行业的渗透率仍处于起步阶段，这表明激光切割技术作为一种替代工艺，具有巨大的应用潜力。

玻璃激光切割：从手机开始

玻璃激光切割通常采用贝塞尔聚焦头，在玻璃内部产生高功率、高密度的激光束。通过将贝塞尔光束聚焦在玻璃内部，可以瞬间汽化材料，形成汽化区，该汽化区迅速扩展，在玻璃的上下表面形成裂纹。这些裂纹构成了由无数微小孔隙组成的切割区域，从而实现通过外部应力裂纹进行切割。

随着激光技术的显著进步，激光功率也大幅提升。功率超过20W的纳秒绿光激光器可以高效切割玻璃，而功率超过15W的皮秒紫外激光器则能轻松切割厚度小于2mm的玻璃。一些中国企业甚至能够切割厚度达17mm的玻璃。激光切割玻璃具有极高的效率。例如，切割一块直径10cm、厚度3mm的玻璃，激光切割仅需约10秒，而机械切割则需要数分钟。激光切割边缘光滑，切口精度可达30μm，一般工业产品无需二次加工。

激光切割玻璃是一项相对较新的技术，大约在六七年前才开始应用。手机制造业是最早采用这项技术的行业之一，他们将激光切割应用于摄像头玻璃盖板，并在激光隐形切割设备的推出后经历了快速发展。随着全面屏智能手机的普及，对整块大屏幕玻璃面板进行精确的激光切割显著提升了玻璃加工能力。如今，激光切割已成为手机玻璃组件加工的常用技术。这一趋势主要得益于用于手机盖板玻璃激光加工的自动化设备、用于摄像头保护镜片的激光切割设备以及用于激光钻孔玻璃基板的智能设备。

车载电子屏幕玻璃正逐步采用激光切割技术

车载屏幕消耗大量玻璃面板，尤其是中控屏、导航系统、行车记录仪等。如今，许多新能源汽车都配备了智能系统和超大尺寸的中控屏。智能系统已成为汽车标配，大尺寸多屏以及3D曲面屏正逐渐成为市场主流。车载屏幕的玻璃面板因其优异的特性而被广泛应用，高质量的曲面屏玻璃能够为汽车行业带来更极致的体验。然而，玻璃的高硬度和脆性给加工带来了挑战。

车载玻璃屏幕对精度要求极高，组装结构件的公差也非常小。切割方形/条形屏幕时，较大的尺寸误差会导致装配问题。传统的加工方法包括砂轮切割、手工折断、数控成型和倒角等多个步骤。由于是机械加工，因此存在效率低、质量差、成品率低、成本高等问题。砂轮切割后，对单个汽车中控面板玻璃进行数控加工可能需要8-10分钟。而使用功率超过100W的超高速激光器，一次即可切割17mm厚的玻璃；多道工序的集成可将效率提高80%，一台激光器相当于20台数控机床。这极大地提高了生产效率，并降低了单位加工成本。

激光在玻璃中的其他应用

石英玻璃具有独特的结构，难以用激光进行分割切割，但飞秒激光可用于石英玻璃的蚀刻。这是飞秒激光在石英玻璃精密加工和蚀刻方面的应用实例。飞秒激光技术是近年来快速发展的先进加工技术，具有极高的加工精度和速度，能够在各种材料表面进行微米级到纳米级的蚀刻和加工。激光冷却技术随着市场需求的变化而不断更新。作为一家经验丰富的冷却器制造商，我们始终致力于不断更新我们的技术。水冷机生产线顺应市场趋势，TEYU 冷水机制造商的 CWUP 系列超快激光冷水机可为功率高达 60W 的皮秒和飞秒激光器提供高效稳定的冷却解决方案。

玻璃激光焊接是一项近两三年兴起的新技术，最初出现在德国。目前，国内只有少数几家单位，如华工激光、西安光学精密机械研究所和哈尔滨Hit Weld技术有限公司，掌握了这项技术。在高功率、超短脉冲激光的作用下，激光产生的压力波可以在玻璃中形成微裂纹或应力集中，从而促进两片玻璃之间的结合。焊接后的玻璃非常牢固，目前已经可以实现3mm厚玻璃之间的紧密焊接。未来，研究人员还将致力于玻璃与其他材料的叠层焊接。目前，这些新工艺尚未大规模应用，但一旦成熟，无疑将在一些高端应用领域发挥重要作用。