探索玻璃激光加工的现状和潜力

激光制造技术在过去十年中得到了快速发展，其主要应用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。 然而，随着集中度的提高，激光产品同质化现象严重，限制了激光市场的增长。 因此，激光应用要想取得突破，必须扩展到新的材料领域。 适合激光应用的非金属材料包括织物、玻璃、塑料、聚合物、陶瓷等。 每种材料都涉及多个行业，但已经有成熟的加工技术，激光替代并非易事。

进入非金属材料领域，需要分析激光与材料相互作用是否可行，是否会产生不良反应。 目前，玻璃是激光批量加工应用的一个主要高附加值和潜力领域。

玻璃激光切割空间大

玻璃是重要的工业材料，用于汽车、建筑、医疗和电子等各个行业。 其应用范围从测量微米的小型光学滤光片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。 玻璃的显著特性是脆性，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采用硬质合金或金刚石工具，切割过程分为两个步骤。 首先，使用金刚石工具或硬质合金砂轮在玻璃表面制造裂纹。 其次，采用机械方法沿裂纹线将玻璃分离。 然而，这些传统工艺有着明显的缺点。 它们的效率相对较低，导致边缘不平整，通常需要二次抛光，并且会产生大量碎屑和灰尘。 此外，对于在玻璃板中间钻孔或切割不规则形状等任务，传统方法具有相当大的挑战性。 这就是激光切割玻璃的优势显现出来的地方 2022年中国玻璃行业销售收入约为7443亿元。 激光切割技术在玻璃行业的渗透率尚处于起步阶段，激光切割技术替代应用空间巨大。

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产生高峰值功率和密度的激光束。 通过将贝塞尔光束聚焦到玻璃内部，它会瞬间蒸发材料，形成一个汽化区，该汽化区迅速扩展，在上下表面形成裂纹。 这些裂纹形成由无数微小孔点组成的切割断面，通过外部应力裂缝实现切割。

随着激光技术的重大进步，功率水平也得到了提高。 功率超过20W的纳秒绿光激光器可以有效切割玻璃，而功率超过15W的皮秒紫外激光器可以轻松切割厚度在2mm以下的玻璃。 中国有企业可以切割厚度达17毫米的玻璃。 激光切割玻璃效率高。 例如，在 3 毫米厚的玻璃上切割一块直径 10 厘米的玻璃片，使用激光切割仅需大约 10 秒，而使用机械刀则需要几分钟。 激光切割边缘光滑，切口精度可达30μm，无需一般工业产品进行二次加工。

激光切割玻璃是一个相对较新的发展，大约六七年前开始出现。 手机制造业是早期采用激光切割的行业之一，它使用激光切割相机玻璃盖，并随着激光隐形切割设备的推出而经历了激增。 随着全面屏智能手机的普及，整块大屏幕玻璃面板的精密激光切割大大提升了玻璃加工产能。 在手机玻璃部件加工中，激光切割已经变得很常见。 这一趋势主要受到手机盖板玻璃激光加工自动化设备、相机保护镜片激光切割设备、玻璃基板激光钻孔智能化设备的推动。

车载电子屏幕玻璃正逐步采用激光切割

车载屏幕消耗大量的玻璃面板，尤其是中控屏幕、导航系统、行车记录仪等。 如今，很多新能源汽车都配备了智能系统和超大的中控屏幕。 智能系统已成为汽车标配，大屏、多屏、3D曲面屏逐渐成为市场主流。 车载屏幕玻璃盖板因其优异的特性而被广泛应用，一块高品质的曲面屏幕玻璃可以为汽车行业提供更加极致的体验。 然而，玻璃的硬度高、脆性大，给加工带来了挑战。

车载玻璃屏要求精度高，装配后的结构件公差很小。 方形/条形筛网切割过程中的尺寸误差过大可能会导致组装问题。 传统的加工方法涉及砂轮切割、手工破碎、CNC成型、倒角等多个步骤。 由于是机械加工，存在效率低、质量差、成品率低、成本高等问题。 车轮切割后，单个汽车中控盖板玻璃形状的CNC加工最多需要8-10分钟。 采用100W以上的超快激光器，一次性切割17mm玻璃；整合多个生产工序，效率提升80%，1台激光器相当于20台数控机床。 这大大提高了生产效率，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，很难用激光进行分割切割，但飞秒激光可以用来对石英玻璃进行蚀刻。 这是飞秒激光在石英玻璃上进行精密加工和蚀刻的应用。 飞秒激光技术是近年来迅速发展起来的先进加工技术，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到纳米级的刻蚀和加工。  激光冷却技术随着市场需求的变化而变化。 作为一家经验丰富的冷水机组制造商，我们不断更新 冷水机  生产线紧跟市场趋势，TEYU 冷水机制造商的 CWUP 系列超快激光冷水机可以为高达 60W 的皮秒和飞秒激光器提供高效稳定的冷却解决方案。

玻璃激光焊接是近两三年来兴起的一项新技术，最初出现在德国。 目前，国内仅有华工激光、西安光学精密机械研究所、哈尔滨海特焊接技术有限公司等少数单位突破了此项技术。 在高功率、超短脉冲激光器的作用下，激光器产生的压力波可以在玻璃中产生微裂纹或应力集中，从而可以促进两片玻璃之间的粘合  焊接后的玻璃结合非常牢固，已经可以实现3mm厚玻璃之间的紧密焊接。 未来，研究人员还将重点研究玻璃与其他材料的覆盖焊接。 目前这些新工艺尚未得到大规模批量应用，但一旦成熟，无疑将在一些高端应用领域发挥重要作用。