探索玻璃雷射加工的現狀和潛力

雷射製造技術在過去十年中得到了快速發展，其主要應用是金屬材料的雷射加工。 金屬的雷射切割、雷射焊接和雷射熔覆是金屬雷射加工中最重要的工藝。 然而，隨著集中度的提高，雷射產品同質化現象嚴重，限制了雷射市場的成長。 因此，雷射應用要取得突破，必須擴展到新的材料領域。 適合雷射應用的非金屬材料包括織物、玻璃、塑膠、聚合物、陶瓷等。 每種材料都涉及多個行業，但已經有成熟的加工技術，雷射替代品並非易事。

進入非金屬材料領域，需要分析雷射與材料相互作用是否可行，是否會產生不良反應。 目前，玻璃是雷射批量加工應用的一個主要高附加價值和潛力領域。

玻璃雷射切割空間大

玻璃是重要的工業材料，用於汽車、建築、醫療和電子等各個行業。 其應用範圍從測量微米的小型光學濾光片到汽車或建築等行業使用的大型玻璃面板。

玻璃可分為光學玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、藍寶石玻璃等。 玻璃的顯著特性是脆性，這對傳統的加工方法提出了巨大的挑戰。 傳統的玻璃切割方法通常採用硬質合金或鑽石工具，切割過程分為兩個步驟。 首先，使用鑽石工具或硬質合金砂輪在玻璃表面產生裂痕。 其次，採用機械方法沿裂紋線將玻璃分離。 然而，這些傳統工藝有著明顯的缺點。 它們的效率相對較低，導致邊緣不平整，通常需要二次拋光，並且會產生大量碎屑和灰塵。 此外，對於在玻璃板中間鑽孔或切割不規則形狀等任務，傳統方法具有相當大的挑戰性。 這就是雷射切割玻璃的優勢顯現出來的地方 2022年中國玻璃產業銷售收入約7,443億元。 雷射切割技術在玻璃產業的滲透率尚處於起步階段，雷射切割技術替代應用空間巨大。

玻璃雷射切割：從手機開始

玻璃雷射切割通常採用貝塞爾聚焦頭在玻璃內產生高峰值功率和密度的雷射光束。 透過將貝塞爾光束聚焦到玻璃內部，它會瞬間蒸發材料，形成一個汽化區，該汽化區迅速擴展，在上下表面形成裂縫。 這些裂紋形成由無數微小孔點組成的切割斷面，透過外部應力裂縫實現切割。

隨著雷射技術的重大進步，功率水平也得到了提高。 功率超過20W的奈秒綠光雷射可以有效切割玻璃，而功率超過15W的皮秒紫外線雷射可以輕鬆切割厚度在2mm以下的玻璃。 中國有企業可以切割厚度達17毫米的玻璃。 雷射切割玻璃效率高。 例如，在 3 毫米厚的玻璃上切割一塊直徑 10 公分的玻璃片，使用雷射切割僅需約 10 秒，而使用機械刀則需要幾分鐘。 雷射切割邊緣光滑，切口精度可達30μm，無需一般工業產品進行二次加工。

雷射切割玻璃是一個相對較新的發展，大約六到七年前開始出現。 手機製造業是早期採用雷射切割的行業之一，它使用雷射切割相機玻璃蓋，並隨著雷射隱形切割設備的推出而經歷了激增。 隨著全面屏智慧型手機的普及，整塊大螢幕玻璃面板的精密雷射切割大大提升了玻璃加工產能。 在手機玻璃零件加工中，雷射切割已經變得很常見。 這一趨勢主要受到手機蓋板玻璃雷射加工自動化設備、相機保護鏡片雷射切割設備、玻璃基板雷射鑽孔智慧化設備的推動。

車載電子螢幕玻璃正逐步採用雷射切割

車載螢幕消耗大量的玻璃面板，尤其是中控螢幕、導航系統、行車記錄器等。 如今，許多新能源汽車都配備了智慧系統和超大的中控螢幕。 智慧型系統已成為汽車標配，大螢幕、多螢幕、3D曲面螢幕逐漸成為市場主流。 車載螢幕玻璃蓋板因其優異的特性而被廣泛應用，一塊高品質的曲面螢幕玻璃可以為汽車行業提供更極致的體驗。 然而，玻璃的硬度高、脆性大，為加工帶來了挑戰。

車載玻璃螢幕要求精度高，組裝後的結構件公差很小。 方形/條狀篩網切割過程中的尺寸誤差過大可能會導致組裝問題。 傳統的加工方法涉及砂輪切割、手工破碎、CNC成型、倒角等多個步驟。 由於是機械加工，有效率低、品質差、成品率低、成本高等問題。 車輪切割後，單車中控蓋板玻璃形狀的CNC加工最多需要8-10分鐘。 採用100W以上的超快雷射器，一次切割17mm玻璃；整合多個生產工序，效率提升80%，1台雷射相當於20台數控機床。 這大大提高了生產效率，並降低了單位加工成本。

雷射在玻璃中的其他應用

石英玻璃具有獨特的結構，很難用雷射進行分割切割，但飛秒雷射可以用來對石英玻璃進行蝕刻。 這是飛秒雷射在石英玻璃上進行精密加工和蝕刻的應用。 飛秒雷射技術是近年來迅速發展的先進加工技術，具有極高的加工精度和速度，能夠在各種材料表面進行微米到奈米級的蝕刻和加工。  雷射冷卻技術隨著市場需求的變化而變化。 作為一家經驗豐富的冷水機組製造商，我們不斷更新 冷水機  生產線緊跟市場趨勢，TEYU 冰水機製造商的 CWUP 系列超快雷射冷水機可以為高達 60W 的皮秒和飛秒雷射提供高效穩定的冷卻解決方案。

玻璃雷射焊接是近兩三年來興起的新技術，最初出現在德國。 目前，國內僅有華工雷射、西安光學精密機械研究所、哈爾濱海特焊接技術有限公司等少數單位突破了此技術。 在高功率、超短脈衝雷射的作用下，雷射產生的壓力波可以在玻璃中產生微裂紋或應力集中，從而可以促進兩片玻璃之間的粘合  焊接後的玻璃結合非常牢固，已經可以實現3mm厚玻璃之間的緊密焊接。 未來，研究人員也將重點研究玻璃與其他材料的覆蓋焊接。 目前這些新製程尚未大規模批量應用，但一旦成熟，無疑將在一些高端應用領域發揮重要作用。