在過去的十年中，激光加工技術經歷了快速的發(fā)展，尤其是在金屬材料加工領域，如激光切割、焊接和熔覆等工藝已經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，激光產品逐漸呈現出同質化的趨勢，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，激光技術的應用需要向新的材料領域拓展。除了金屬材料外，激光技術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，因此激光技術想要在這些領域取得突破并非易事。

要成功進入某一非金屬材料加工領域，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，被視為激光技術應用的一個重要領域。

國內外玻璃激光切割空間大

玻璃作為一種關鍵的工業(yè)材料，在國家的經濟發(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，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基礎。

激光切割玻璃

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合金砂輪在玻璃的表面產生一條裂紋；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。

國內外玻璃激光切割空間大

玻璃的激光切割技術通常采用貝塞爾聚焦頭來實現。這種技術利用貝塞爾光束產生的高功率和高功率密度激光，能夠在玻璃內部形成焦點，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部形成無數細小的孔點，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，是玻璃加工領域中的一項重要技術。

如今激光器技術有了很大的突破，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，目前已知國內已經有企業(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)內有一款激光隱形切割設備火了一陣。手機全面屏流行后，整版大屏玻璃采用激光精密切割，玻璃加工產能得到大幅提升，如今在手機產品上涉及玻璃的部件采用激光切割已經是標配。

這一手機消費產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。

車載電子屏幕玻璃逐漸采用激光切割

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。現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，裝配的結構件的公差很小，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17mm玻璃一刀切；整合多個生產工序，效率提升80%，1臺激光=20臺CNC。極大提升了產能，降低了單位加工成本。

激光在玻璃的其它應用

石英玻璃因其獨特的分子結構，使得傳統(tǒng)的激光切割方法難以實現有效的分裂。然而，飛秒激光技術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，這種技術利用了飛秒激光的超短脈沖特性，能夠在極短的時間內釋放巨大的能量，實現對材料的非熱性加工。

飛秒激光技術自問世以來發(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。這種技術的應用范圍廣泛，從微電子到生物醫(yī)學領域，都能看到飛秒激光技術的身影。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的一項新技術，最早出現在德國，目前國內也僅有少數幾個單位突破了這項技術。焊接后的玻璃粘合非常牢固，已經可以做到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域發(fā)揮重要作用。

轉自：千鏈激光網

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