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激光切割技術(shù)在玻璃中的應用

johnny 來源:激光制造網(wǎng)2018-10-16 我要評論(0 )   

玻璃是一種重要的產(chǎn)業(yè)材料,在中國已有上千年的發(fā)展歷史,它不僅豐富了我們的生活世界,更是促進了文明社會的發(fā)展。目前,玻璃已

玻璃是一種重要的產(chǎn)業(yè)材料,在中國已有上千年的發(fā)展歷史,它不僅豐富了我們的生活世界,更是促進了文明社會的發(fā)展。目前,玻璃已應用在國民經(jīng)濟的諸多行業(yè),如汽車業(yè)、建筑業(yè)、醫(yī)療、顯示器、電子產(chǎn)品等,小到幾微米的小型光學過濾器、筆記本電腦平板顯示器的玻璃襯底,大到汽車業(yè)或建筑業(yè)等大規(guī)模制造領(lǐng)域所用的大尺寸的玻璃板。玻璃種類繁多,常見的為鈉鈣玻璃,也稱為堿性玻璃,主要用于汽車業(yè)、建筑業(yè)及家用器具領(lǐng)域,一般厚度為1.6~10mm。厚度為1mm或不足1mm的玻璃稱為硼硅玻璃或者非堿性玻璃,主要用于平板顯示器與電子產(chǎn)品領(lǐng)域。

 

玻璃是一種較為透明的固體物質(zhì),在熔融時形成連續(xù)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),冷卻過程中粘度逐漸增大并硬化而不結(jié)晶的硅酸鹽類非金屬材料。玻璃顯著的特點是硬脆性,給加工帶來很大的困難。當今,對于玻璃制品的質(zhì)量要求越來越高,必須實現(xiàn)更為精密、細致的加工結(jié)果。傳統(tǒng)的玻璃加工方法是機械刀劃割。但機械刀劃割工效低、效果差、易碎,容易鈍化,破損更換。很難達到無微裂紋及邊緣質(zhì)量方面的要求,所以迫切需要玻璃切割的技術(shù)創(chuàng)新。目前行業(yè)有一種新的玻璃加工方法,即:激光切割。

(圖片來源:德力激光)

如今,隨著技術(shù)進步,激光微加工能夠?qū)崿F(xiàn)越來越多的功能,如精密鉆孔,精細切割,選擇性材料去除等等,而且有更多新的應用、新的概念正在被提出、實踐和導入工業(yè)化生產(chǎn)。激光是對各類材料進行微觀精密加工的理想工具,它與工件無直接作用力,不易損傷產(chǎn)品,CAD圖紙直接導入快速便捷,對于部分應用是傳統(tǒng)方式無可比擬的高效率(如密集鉆孔等),沒有排放和廢棄物、環(huán)保等優(yōu)點。

(圖片來源:致凱捷)

激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件,使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點,同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì),從而實現(xiàn)將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。激光切割時割炬與工件無接觸,不存在工具的磨損。加工不同形狀的零件,不需要更換“刀具”,只需改變激光器的輸出參數(shù)。激光切割過程噪聲低,振動小,無污染。

 

實行激光玻璃切割目前應用兩種方法:一是熔融切割法,利用玻璃處在軟化的溫度下具有較好的塑性和延展性,用聚焦的CO2激光或者紫外激光照射到軟化的玻璃表面,激光具有的較高的能量密度會導致玻璃融化,然后用氣流吹走熔融的玻璃,產(chǎn)生溝槽,從而實現(xiàn)玻璃的熔融切割。二是裂紋控制法,這是一種常用的激光切割方法。1、對玻璃表面進行激光加熱,較高的能量會使該處的溫度急劇升高,表面產(chǎn)生較大的壓應力,但該壓應力不會使玻璃產(chǎn)生破裂;2、對該區(qū)域進行急劇的冷卻,一般采用冷卻氣體或者冷卻液,急劇的降溫會使玻璃表面產(chǎn)生較大的溫度梯度和較大的拉應力,這個拉應力會使玻璃表面沿著預定劃線的方向開始破裂,實現(xiàn)玻璃的切割。

現(xiàn)在切割玻璃加工工藝一般都是選用CO2激光器。選擇適宜的激光器,考慮的因素包括波長、輸出功率、光束模式、靈活性、費用、可靠性以及是否利于系統(tǒng)集成等。CO2激光器發(fā)射的激光波長為10.6μm,而玻璃能強烈地吸收波長10.6μm的激光,幾乎所有的激光能量都被玻璃表面15μm吸收層所吸收,所以玻璃激光切割系統(tǒng)幾乎都配置CO2激光器。

玻璃激光切割是一項創(chuàng)新技術(shù),已在電子、汽車、建筑行業(yè)得到應用(顯示器、手機平板的屏幕、汽車的車窗、擋風玻璃等),同時該技術(shù)能用在加工其他易碎材料,如制造電子行業(yè)晶圓的陶瓷材料,其他半導體行業(yè)常見的材料等都有望成為激光切割加工的對象。在節(jié)能減排要求的大環(huán)境下,下一個具有潛力的應用行業(yè)將是太陽能產(chǎn)業(yè)。相信激光切割技術(shù)會越來越成熟,激光切割玻璃的技術(shù)的發(fā)展也將會越來越好。 

作者:老牛

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激光玻璃加工,激光微切割
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