激光加工制造技术过去十多年发展迅猛，最主要的应用是金属材料的激光加工被充分挖掘，金属的激光切割、焊接与熔覆加工等都是金属激光加工的最重要的工艺。随着集中度变高，激光产品同质化严重，成为了激光市场增长的局限。因此激光应用要突破就要拓宽新的材料应用端，激光适用的非金属材料还有布匹纤维、玻璃、塑胶、聚合物、陶瓷等类型，每一种材料都涉及多个产业，但是早已有成熟的加工工艺，激光要进行替代并非容易。

要介入某非金属材料领域，还要从实际分析激光与材料是否容易发生作用，是否会附带产生不良反应。目前来看，玻璃是具有高附加值以及是激光潜在批量加工应用的一大领域。

国内外玻璃激光切割空间大

玻璃是一种重要的产业材料，应用在国民经济的诸多行业，如汽车业、建筑业、医疗、显示器、电子产品等，小到几微米的小型光学过滤器、笔记本电脑平板显示器的玻璃衬底，大到汽车业或建筑业等大规模制造领域所用的大尺寸的玻璃板。

玻璃可以分为光学玻璃、石英玻璃、微晶玻璃、蓝宝石玻璃等类型。玻璃显著的特点是硬脆性，给传统加工带来很大的困难。传统玻璃切割手段通常采用硬质合金或金刚石刀具，其切割流程分为两个步骤。第一步，先用金刚石刀尖或硬质合金砂轮在玻璃的表面产生一条裂纹;第二步就是采用机械手段将玻璃沿着裂纹线分割开。这些传统工艺目前看来缺点是比较明显的，一方面是加工效率较低，而且切边不平滑，一般需要二次打磨，而且还带来很多碎屑粉尘;另一方面是对于对于玻璃板中间开孔，又或者是一些异形切割，是很不容易处理，在这一方面激光切割玻璃的优势就非常明显了。2022年我国玻璃行业销售收入约7443亿元。玻璃切割的激光工艺渗透率还处于初始阶段，激光切割应用的替代空间非常大。

激光切割玻璃从手机开始

玻璃激光切割常常是采用贝塞尔聚焦头加工，通过贝塞尔光束产生高峰值功率、高峰值功 率密度激光，在玻璃内部聚焦，瞬间气化该区域材料产生一个气化带， 迅速向上下两表面扩散形成裂孔。由无数细小孔点组成切割截面，通过外部应力断裂实现切割。

如今激光器技术有了很大的突破，功率方面也提升了很多，纳秒绿光激光器20W以上的，可以很好地切割玻璃，15W以上的皮秒紫外激光器，可轻松切割2mm以下厚度的玻璃，目前已知国内已经有企业可以做17mm厚度的玻璃切割。采用激光切割玻璃效率非常高，假设要在一块3mm厚玻璃上切割直径10厘米的玻璃片，机械刀要花费几分钟，而激光切割只需要10多秒;切割边沿平滑，崩边精度可达30μm，对于一般性的工业产品要求，基本上不需要二次打磨加工。采用激光切割玻璃，是最近六七年才逐渐开始的，较早展开的行业是手机制造，在激光的摄像头玻璃盖板上采用了激光切割，后来行业内有一款激光隐形切割设备火了一阵。手机全面屏流行后，整版大屏玻璃采用激光精密切割，玻璃加工产能得到大幅提升，如今在手机产品上涉及玻璃的部件采用激光切割已经是标配。这一手机消费产品带动的主要有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，玻璃基板激光打孔智能装备等。

车载电子屏幕玻璃逐渐采用激光切割

车载汽车屏幕消耗很多玻璃板，特别是中控屏、导航仪、行车记录仪等。现在许多新能源汽车采用了智能系统与超大幅面中控屏。智能系统成为汽车的标配，大屏多屏、3D曲面屏正逐步成为市场主流。车载盖板玻璃凭借着优异特性而广泛应用于车载显示屏，一款优质的车载曲面屏玻璃可以为汽车行业带来更极致的体验。高硬度、高脆性的玻璃对加工来说却是一个难题。

车载玻璃屏要求精度较高，装配的结构件的公差很小，如果方形/条形屏切割的时候尺寸误差大会导致装配不了。传统加工方式需要刀轮开料、人工掰片、CNC外形、倒角磨边等多个工序加工，由于是机械式加工，因此存在效率低、质量差、良率低、成本高的问题。刀轮开料后，CNC加工一片汽车中控盖板玻璃外形耗时长达8-10分钟。100W以上功率的超快激光器，实现17mm玻璃一刀切;整合多个生产工序，效率提升80%，1台激光=20台CNC。极大提升了产能，降低了单位加工成本。

激光在玻璃的其它应用

石英玻璃结构较为特殊，采用激光不容易进行分裂切割，但是飞秒激光可以在石英玻璃上进行刻蚀，这是一项利用飞秒激光对石英玻璃进行精细加工和刻蚀的应用。飞秒激光技术是近年来发展迅速的一种先进加工技术，具有极高的加工精度和速度，可以在各种材料表面进行微米至纳米级别的刻蚀和加工。

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激光焊接玻璃则是近两三年才出现的一项新技术，最早出现在德国，目前国内也仅有华工激光、西安光机所、哈工大焊接等少数几个单位突破了这项技术。在高功率、超短脉冲激光的作用下，激光产生的压力波能够在玻璃中产生微裂纹或应力集中，这些微裂纹或应力集中可以促进两块玻璃之间的键合。焊接后的玻璃粘合非常牢固，已经可以做到3mm厚度玻璃之间的紧密焊接。未来，研究人员还在关注玻璃与其它材料的搭接焊。目前这些新工艺尚未形成批量应用，但未来工艺成熟后，必将在一些高端应用领域发挥重要作用。

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