在過(guò)去的十年中，激光加工技術(shù)經(jīng)歷了快速的發(fā)展，尤其是在金屬材料加工領(lǐng)域，如激光切割、焊接和熔覆等工藝已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用和深入的開(kāi)發(fā)。然而，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，激光產(chǎn)品逐漸呈現(xiàn)出同質(zhì)化的趨勢(shì)，這在一定程度上限制了激光市場(chǎng)的進(jìn)一步增長(zhǎng)。

為了打破這一局限，激光技術(shù)的應(yīng)用需要向新的材料領(lǐng)域拓展。除了金屬材料外，激光技術(shù)同樣適用于加工多種非金屬材料，包括布匹纖維、玻璃、塑料、聚合物和陶瓷等。這些材料在多個(gè)行業(yè)中都有應(yīng)用，但它們各自已有成熟的加工技術(shù)，因此激光技術(shù)想要在這些領(lǐng)域取得突破并非易事。

要成功進(jìn)入某一非金屬材料加工領(lǐng)域，必須從實(shí)際出發(fā)，深入分析激光與材料之間的相互作用，以及激光加工過(guò)程中可能產(chǎn)生的不良反應(yīng)。目前，玻璃材料因其高附加值和潛在的大規(guī)模激光加工應(yīng)用前景，被視為激光技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。

國(guó)內(nèi)外玻璃激光切割空間大

玻璃作為一種關(guān)鍵的工業(yè)材料，在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著多面的角色。它被廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，包括但不限于汽車(chē)制造、建筑、醫(yī)療設(shè)備、顯示技術(shù)以及電子消費(fèi)品等。從微小的尺度來(lái)看，玻璃被用于制造精密的光學(xué)濾波器，這些濾波器的尺寸可能僅有幾微米，它們是筆記本電腦和平板顯示器中不可或缺的組成部分。而從更大的尺度來(lái)看，玻璃也被用于汽車(chē)和建筑行業(yè)中的大尺寸玻璃板的生產(chǎn)，這些玻璃板在大規(guī)模制造過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。無(wú)論是在高科技產(chǎn)品還是日常建筑中，玻璃都以其獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，為各行各業(yè)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

激光切割玻璃

玻璃可以分為光學(xué)玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、藍(lán)寶石玻璃等類(lèi)型。玻璃顯著的特點(diǎn)是硬脆性，給傳統(tǒng)加工帶來(lái)很大的困難。傳統(tǒng)玻璃切割手段通常采用硬質(zhì)合金或金剛石刀具，其切割流程分為兩個(gè)步驟。第一步，先用金剛石刀尖或硬質(zhì)合金砂輪在玻璃的表面產(chǎn)生一條裂紋；第二步就是采用機(jī)械手段將玻璃沿著裂紋線(xiàn)分割開(kāi)。

這些傳統(tǒng)工藝目前看來(lái)缺點(diǎn)是比較明顯的，一方面是加工效率較低，而且切邊不平滑，一般需要二次打磨，而且還帶來(lái)很多碎屑粉塵；另一方面是對(duì)于對(duì)于玻璃板中間開(kāi)孔，又或者是一些異形切割，是很不容易處理，在這一方面激光切割玻璃的優(yōu)勢(shì)就非常明顯了。

2022年我國(guó)玻璃行業(yè)銷(xiāo)售收入約7443億元。玻璃切割的激光工藝滲透率還處于初始階段，激光切割應(yīng)用的替代空間非常大。

國(guó)內(nèi)外玻璃激光切割空間大

玻璃的激光切割技術(shù)通常采用貝塞爾聚焦頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種技術(shù)利用貝塞爾光束產(chǎn)生的高功率和高功率密度激光，能夠在玻璃內(nèi)部形成焦點(diǎn)，使該區(qū)域的材料瞬間氣化，形成一個(gè)氣化帶。這個(gè)氣化帶會(huì)迅速向玻璃的上下表面擴(kuò)散，形成一個(gè)裂孔。

切割過(guò)程是通過(guò)在玻璃內(nèi)部形成無(wú)數(shù)細(xì)小的孔點(diǎn)，這些孔點(diǎn)組成了切割截面，最終通過(guò)施加外部應(yīng)力使得材料沿切割截面斷裂，從而實(shí)現(xiàn)切割。這種方法不僅提高了切割的精度和效率，而且減少了對(duì)材料的損傷，是玻璃加工領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)。

如今激光器技術(shù)有了很大的突破，功率方面也提升了很多，納秒綠光激光器20W以上的，可以很好地切割玻璃，15W以上的皮秒紫外激光器，可輕松切割2mm以下厚度的玻璃，目前已知國(guó)內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)可以做17mm厚度的玻璃切割。采用激光切割玻璃效率非常高，假設(shè)要在一塊3mm厚玻璃上切割直徑10厘米的玻璃片，機(jī)械刀要花費(fèi)幾分鐘，而激光切割只需要10多秒；切割邊沿平滑，崩邊精度可達(dá)30μm，對(duì)于一般性的工業(yè)產(chǎn)品要求，基本上不需要二次打磨加工。

采用激光切割玻璃，是最近六七年才逐漸開(kāi)始的，較早展開(kāi)的行業(yè)是手機(jī)制造，在激光的攝像頭玻璃蓋板上采用了激光切割，后來(lái)行業(yè)內(nèi)有一款激光隱形切割設(shè)備火了一陣。手機(jī)全面屏流行后，整版大屏玻璃采用激光精密切割，玻璃加工產(chǎn)能得到大幅提升，如今在手機(jī)產(chǎn)品上涉及玻璃的部件采用激光切割已經(jīng)是標(biāo)配。

這一手機(jī)消費(fèi)產(chǎn)品帶動(dòng)的主要有手機(jī)蓋板玻璃激光加工自動(dòng)化設(shè)備，攝像頭保護(hù)鏡片激光切割設(shè)備，玻璃基板激光打孔智能裝備等。

車(chē)載電子屏幕玻璃逐漸采用激光切割

車(chē)載汽車(chē)屏幕消耗很多玻璃板，特別是中控屏、導(dǎo)航儀、行車(chē)記錄儀等�，F(xiàn)在許多新能源汽車(chē)采用了智能系統(tǒng)與超大幅面中控屏。智能系統(tǒng)成為汽車(chē)的標(biāo)配，大屏多屏、3D曲面屏正逐步成為市場(chǎng)主流。車(chē)載蓋板玻璃憑借著優(yōu)異特性而廣泛應(yīng)用于車(chē)載顯示屏，一款優(yōu)質(zhì)的車(chē)載曲面屏玻璃可以為汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)更極致的體驗(yàn)。高硬度、高脆性的玻璃對(duì)加工來(lái)說(shuō)卻是一個(gè)難題。

車(chē)載玻璃屏要求精度較高，裝配的結(jié)構(gòu)件的公差很小，如果方形/條形屏切割的時(shí)候尺寸誤差大會(huì)導(dǎo)致裝配不了。傳統(tǒng)加工方式需要刀輪開(kāi)料、人工掰片、CNC外形、倒角磨邊等多個(gè)工序加工，由于是機(jī)械式加工，因此存在效率低、質(zhì)量差、良率低、成本高的問(wèn)題。刀輪開(kāi)料后，CNC加工一片汽車(chē)中控蓋板玻璃外形耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)8-10分鐘。100W以上功率的超快激光器，實(shí)現(xiàn)17mm玻璃一刀切；整合多個(gè)生產(chǎn)工序，效率提升80%，1臺(tái)激光=20臺(tái)CNC。極大提升了產(chǎn)能，降低了單位加工成本。

激光在玻璃的其它應(yīng)用

石英玻璃因其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，使得傳統(tǒng)的激光切割方法難以實(shí)現(xiàn)有效的分裂。然而，飛秒激光技術(shù)為石英玻璃的精細(xì)加工提供了一種新的解決方案。飛秒激光能夠在石英玻璃表面進(jìn)行精細(xì)的刻蝕，這種技術(shù)利用了飛秒激光的超短脈沖特性，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)釋放巨大的能量，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的非熱性加工。

飛秒激光技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)發(fā)展迅速，以其卓越的加工精度和速度，能夠在包括石英玻璃在內(nèi)的多種材料表面進(jìn)行微米乃至納米級(jí)別的精細(xì)加工。這種技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛，從微電子到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，都能看到飛秒激光技術(shù)的身影。它不僅提高了加工效率，還極大地拓展了材料加工的可能性，為精密制造領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的變化。

激光焊接玻璃則是近兩三年才出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，最早出現(xiàn)在德國(guó)，目前國(guó)內(nèi)也僅有少數(shù)幾個(gè)單位突破了這項(xiàng)技術(shù)。焊接后的玻璃粘合非常牢固，已經(jīng)可以做到3mm厚度玻璃之間的緊密焊接。未來(lái)，研究人員還在關(guān)注玻璃與其它材料的搭接焊。目前這些新工藝尚未形成批量應(yīng)用，但未來(lái)工藝成熟后，必將在一些高端應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

轉(zhuǎn)自：千鏈激光網(wǎng)

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