一篇深度探究玻璃激光加工现况与发展潜能

在过去十年间，激光加工技术迅速发展，特别在金属材料加工方面，像激光切割、焊接以及熔覆等工艺均已广泛应用且深入拓展。不过，由于市场竞争愈发激烈，激光产品同质化现象渐趋明显，这对激光市场的进一步拓展形成了一定阻碍。

为突破这一困境，激光技术的应用有必要向全新的材料领域进军。除金属材料外，激光技术也能够用于多种非金属材料的加工，诸如布匹纤维、玻璃、塑料、聚合物还有陶瓷等等。这些材料在众多行业均有运用，并且各自都有较为成熟的加工手段，所以激光技术若想在这些领域达成突破颇具难度。

若要顺利切入某一非金属材料加工领域，就务必基于实际状况，深度剖析激光与材料的相互作用以及激光加工时可能出现的不良效应。当下，玻璃材料因具有较高附加值以及在大规模激光加工应用方面的潜在可能性，而被视作激光技术应用的关键领域之一。

国内外玻璃激光切割空间大

玻璃作为一种极为重要的工业材料，于国家经济发展中有着多维度的重要意义与作用。其运用范围极为广泛，像汽车制造领域、建筑行业、医疗设备产业、显示技术领域以及电子消费品领域等均有涉及。在微观层面，玻璃被用以打造极为精密的光学滤波器，其尺寸甚至能小至数微米，这类滤波器是笔记本电脑与平板显示器极为关键且不可或缺的构成要素。从宏观视角而言，玻璃在汽车和建筑行业里用于大规模生产大尺寸玻璃板，这些玻璃板于大规模生产进程中占据着举足轻重的地位。不管是在高科技前沿的产品中，还是在普通的日常建筑里，玻璃皆凭借自身特有的物理及化学特性，为各行业的持续发展筑牢了不可或缺的物质根基。

玻璃可被划分为光学玻璃、石英玻璃、微晶玻璃以及蓝宝石玻璃等多种类别。玻璃具有显著的硬脆性特征，这给传统的加工方式造成了极大阻碍。传统的玻璃切割方法一般是运用硬质合金或者金刚石刀具，其切割过程主要包含两个步骤：首先，利用金刚石刀尖或者硬质合金砂轮在玻璃表面制造出一条裂纹；接着，借助机械方式沿着裂纹线将玻璃分割开来。

激光于玻璃还有其他应用形式。

石英玻璃因自身特殊的分子构造，致使传统激光切割手段难以达成有效分割。不过，飞秒激光技术为石英玻璃的精细加工开辟了新路径。飞秒激光可在石英玻璃表面开展精细的刻蚀作业，该技术凭借飞秒激光超短脉冲这一特性，能在极短时间内释放出极大能量，达成对材料的非热加工效果。

飞秒激光技术诞生后发展迅猛，凭借其出众的加工精度与速度，能够在石英玻璃以及诸多其他材料表面进行微米甚至纳米层级的精细加工。其应用范畴极为宽泛，从微电子领域到生物医学领域，均有飞秒激光技术的踪迹。它不但提升了加工效率，还极大地拓宽了材料加工的边界，为精密制造行业带来了突破性变革。

激光焊接玻璃属于近两三年才兴起的新技术，其起源于德国，当前在国内也仅有寥寥几个单位攻克了该项技术难关。经焊接后玻璃的粘合极为牢固，现已能够实现 3mm 厚度玻璃之间的紧密焊接。在未来，研究人员还将聚焦于玻璃与其他材料的搭接焊研究。当下这些新工艺尚未步入批量应用阶段，但待工艺成熟之后，必定会在部分高端应用领域占据关键地位并发挥重要效能。

当前，这些传统工艺明显存在诸多缺陷。其一，加工效率偏低，并且切边不够平滑，往往需要二次打磨处理，同时还会产生大量的碎屑与粉尘；其二，针对玻璃板中间进行开孔操作或者一些异形切割任务时，传统工艺很难妥善处理，而在这方面激光切割玻璃则展现出极为显著的优势。

2022 年我国玻璃行业的销售收入达到约 7443 亿元。在玻璃切割领域，激光工艺的渗透率尚处于起步阶段，其应用的替代空间极为广阔。

国内外玻璃激光切割领域拥有广阔的发展前景。

玻璃的激光切割工艺一般运用贝塞尔聚焦头予以实施。此技术凭借贝塞尔光束所生成的高功率与高功率密度的激光，能够在玻璃内部创设焦点，致使该部位的材料即刻气化，进而生成一个气化区域。该气化区域会快速朝着玻璃的上下表面延展，由此产生一个破裂孔洞。

其切割流程是在玻璃内部塑造众多微小的孔点，这些孔点共同构建起切割断面，最后借助施加外部作用力促使材料顺着切割断面发生断裂，以此达成切割效果。这种方式既提升了切割的精准度与速度，又降低了对材料造成的损害，属于玻璃加工行业里极为关键的一项技术手段。

现今，激光器技术取得了极为显著的突破，在功率上实现了大幅提升。例如，功率达到 20W 及以上的纳秒绿光激光器，能够出色地完成玻璃切割任务；而 15W 及以上的皮秒紫外激光器，则可以轻松应对 2mm 以下厚度玻璃的切割工作。据了解，国内已有企业具备切割 17mm 厚度玻璃的能力。激光切割玻璃展现出了极高的效率，倘若要在一块 3mm 厚的玻璃上切割出直径为 10 厘米的玻璃片，机械刀具通常需要耗费几分钟的时间，然而激光切割却仅需 10 多秒即可完成。并且，激光切割的边沿十分平滑，崩边精度能够控制在 30μm 以内，对于一般性工业产品的要求而言，基本上无需进行二次打磨加工处理。

激光切割玻璃的应用是在近六七年才逐步兴起的。其中，手机制造行业是较早采用该技术的领域之一，在手机摄像头的玻璃盖板加工过程中便引入了激光切割工艺。此后，一款激光隐形切割设备曾在行业内风靡一时。随着手机全面屏成为流行趋势，整版大屏玻璃借助激光精密切割技术，使得玻璃加工产能获得了显著提升。如今，在手机产品里涉及玻璃的部件运用激光切割技术已然成为一种标准配置。

由手机这一消费产品所带动发展的主要包括手机盖板玻璃激光加工自动化设备、摄像头保护镜片激光切割设备以及玻璃基板激光打孔智能装备等。

激光切割技术正逐步应用于车载电子屏幕玻璃的加工处理。

在车载领域，汽车屏幕的生产会消耗大量的玻璃板，像中控屏、导航仪、行车记录仪等设备均需要用到。当下，众多新能源汽车都配备了智能系统以及超大幅面的中控屏。智能系统在汽车上已基本成为标准配置，而大屏多屏以及 3D 曲面屏也正逐渐在市场上占据主流地位。车载盖板玻璃因自身出色的特性在车载显示屏方面有着广泛的应用，一块高品质的车载曲面屏玻璃能够为汽车行业增添更为极致的使用感受。然而，玻璃所具有的高硬度与高脆性特点，给其加工过程带来了较大的挑战。

车载玻璃屏对于精度有着颇高的要求，其装配的结构件所允许的公差极小，例如方形或条形屏在切割时倘若尺寸误差过大，便会致使装配无法顺利进行。传统的加工方式包含刀轮开料、人工掰片、计算机数控（CNC）外形加工、倒角磨边等诸多工序。鉴于其属于机械式加工手段，故而存在效率低下、加工质量欠佳、产品良率低以及成本高昂等缺陷。在刀轮开料之后，使用 CNC 对一片汽车中控盖板玻璃进行外形加工所耗费的时间长达 8 至 10 分钟。而采用 100W 及以上功率的超快激光器，则能够实现对 17mm 玻璃的一次性切割；并且能够整合多个生产工序，使效率提升 80%，一台激光设备的效能等同于 20 台 CNC 设备。这极大地提高了产能，同时也降低了单位加工成本。