在過去的十年中，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)得到了廣泛的應用和深入的開發(fā)。然而，隨著市場競爭的加劇，激光產(chǎn)品逐漸呈現(xiàn)出同質(zhì)化的趨勢，這在一定程度上限制了激光市場的進一步增長。
為了打破這一局限，激光技術(shù)的應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。這些材料在多個行業(yè)中都有應用，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。
要成功進入某一非金屬材料加工領(lǐng)域，必須從實際出發(fā)，深入分析激光與材料之間的相互作用，以及激光加工過程中可能產(chǎn)生的不良反應。目前，玻璃材料因其高附加值和潛在的大規(guī)模激光加工應用前景，被視為激光技術(shù)應用的一個重要領(lǐng)域。
玻璃作為一種關(guān)鍵的工業(yè)材料，在國家的經(jīng)濟發(fā)展中扮演著多面的角色。它被廣泛應用于多個行業(yè)，包括但不限于汽車制造、建筑、醫(yī)療設備、顯示技術(shù)以及電子消費品等。從微小的尺度來看，玻璃被用于制造精密的光學濾波器，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。而從更大的尺度來看，玻璃也被用于汽車和建筑行業(yè)中的大尺寸玻璃板的生產(chǎn)，這些玻璃板在大規(guī)模制造過程中發(fā)揮著重要作用。無論是在高科技產(chǎn)品還是日常建筑中，玻璃都以其獨特的物理和化學特性，為各行各業(yè)的發(fā)展提供了堅實的物質(zhì)基礎。
玻璃可以分為光學玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、藍寶石玻璃等類型。玻璃顯著的特點是硬脆性，給傳統(tǒng)加工帶來很大的困難。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；第二步就是采用機械手段將玻璃沿著裂紋線分割開。
這些傳統(tǒng)工藝目前看來缺點是比較明顯的，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，而且還帶來很多碎屑粉塵；另一方面是對于對于玻璃板中間開孔，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)勢就非常明顯了。
2022年我國玻璃行業(yè)銷售收入約7443億元。玻璃切割的激光工藝滲透率還處于初始階段，激光切割應用的替代空間非常大。
玻璃的激光切割技術(shù)通常采用貝塞爾聚焦頭來實現(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，使該區(qū)域的材料瞬間氣化，形成一個氣化帶。這個氣化帶會迅速向玻璃的上下表面擴散，形成一個裂孔。
切割過程是通過在玻璃內(nèi)部形成無數(shù)細小的孔點，這些孔點組成了切割截面，最終通過施加外部應力使得材料沿切割截面斷裂，從而實現(xiàn)切割。這種方法不僅提高了切割的精度和效率，而且減少了對材料的損傷，是玻璃加工領(lǐng)域中的一項重要技術(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，假設要在一塊3mm厚玻璃上切割直徑10厘米的玻璃片，機械刀要花費幾分鐘，而激光切割只需要10多秒；切割邊沿平滑，崩邊精度可達30μm，對于一般性的工業(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始的，較早展開的行業(yè)是手機制造，在激光的攝像頭玻璃蓋板上采用了激光切割，后來行業(yè)內(nèi)有一款激光隱形切割設備火了一陣。手機全面屏流行后，星空體育平臺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，如今在手機產(chǎn)品上涉及玻璃的部件采用激光切割已經(jīng)是標配。
這一手機消費產(chǎn)品帶動的主要有手機蓋板玻璃激光加工自動化設備，攝像頭保護鏡片激光切割設備，玻璃基板激光打孔智能裝備等。
車載汽車屏幕消耗很多玻璃板，特別是中控屏、導航儀、行車記錄儀等?，F(xiàn)在許多新能源汽車采用了智能系統(tǒng)與超大幅面中控屏。智能系統(tǒng)成為汽車的標配，大屏多屏、3D曲面屏正逐步成為市場主流。車載蓋板玻璃憑借著優(yōu)異特性而廣泛應用于車載顯示屏，一款優(yōu)質(zhì)的車載曲面屏玻璃可以為汽車行業(yè)帶來更極致的體驗。高硬度、高脆性的玻璃對加工來說卻是一個難題。
車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/條形屏切割的時候尺寸誤差大會導致裝配不了。傳統(tǒng)加工方式需要刀輪開料、人工掰片、CNC外形、倒角磨邊等多個工序加工，由于是機械式加工，因此存在效率低、質(zhì)量差、良率低、成本高的問題。刀輪開料后，CNC加工一片汽車中控蓋板玻璃外形耗時長達8-10分鐘。100W以上功率的超快激光器，實現(xiàn)17mm玻璃一刀切；整合多個生產(chǎn)工序，效率提升80%，1臺激光=20臺CNC。極大提升了產(chǎn)能，降低了單位加工成本。
石英玻璃因其獨特的分子結(jié)構(gòu)，使得傳統(tǒng)的激光切割方法難以實現(xiàn)有效的分裂。然而，飛秒激光技術(shù)為石英玻璃的精細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行精細的刻蝕，這種技術(shù)利用了飛秒激光的超短脈沖特性，能夠在極短的時間內(nèi)釋放巨大的能量，實現(xiàn)對材料的非熱性加工。
飛秒激光技術(shù)自問世以來發(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)的多種材料表面進行微米乃至納米級別的精細加工。這種技術(shù)的應用范圍廣泛，從微電子到生物醫(yī)學領(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)的一項新技術(shù)，最早出現(xiàn)在德國，目前國內(nèi)也僅有少數(shù)幾個單位突破了這項技術(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，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用，但未來工藝成熟后，必將在一些高端應用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
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