玻璃是一種重要的產(chǎn)業(yè)材料，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，最常見的為鈉鈣玻璃，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。
玻璃顯著的特點是硬脆性，給加工帶來很大的困難。傳統(tǒng)的玻璃切割采用硬質(zhì)合金或金剛石刀具，其切割流程一般為：首先用金剛石刀尖或硬質(zhì)合金砂輪或高硬度金屬輪，在玻璃的表面劃出一條刻痕，再采用機械手段將玻璃沿著刻痕線分割開。用砂輪或機械輪在玻璃上進行刻劃的過程中，產(chǎn)生沿著切割方向的切向張力，從而可使玻璃沿著劃痕裂開。這種方法切割的結(jié)果是：邊緣不平滑、有微小裂痕，材料上殘存不對稱邊緣應力及殘留碎屑等。對于很多應用，碎屑和局部應力所造成的微小裂痕將造成器件的失靈，所以必須進行切后邊緣的打磨與拋光，以強化邊緣。另外，機械輪加工中還需要輔助劑輔助切割，輔助劑也有可能粘在成品邊緣，需要過水清洗或超聲波清洗等處理。后續(xù)處理工序以及低成品率（發(fā)生不確定的裂痕）等都將增加成品玻璃制品的造價。
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，因為傳統(tǒng)工藝已經(jīng)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。激光切割技術(shù)已經(jīng)成熟，在金屬板材與管材、有機板材與管材等材料的切割方面，獲得了成功的應用，使傳統(tǒng)的制造技術(shù)得到了很大程度的改造與提升。而玻璃是無機材料，熱傳導率很低，從理論上講用激光加工應該有較好的結(jié)果。這也就使得激光切割玻璃的技術(shù)發(fā)展起來。
2 激光切割玻璃的原理
激光切割玻璃的方法從原理上可以分為兩種：一種是熔融（蒸發(fā)）切割法，另一種是裂紋控制法。
（1）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。
（2）裂紋控制法
這是一種常用的激光切割方法。第一步，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；第二步，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。
3 用于切割玻璃的激光選擇
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。CO?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)都配置CO2激光器。關(guān)于激光功率正如前述，不需要很高，平均功率為 100～500W（取決于玻璃的厚度）的CO2激光器都適用于玻璃切割應用。具體的器件可根據(jù)不同的情況，選擇封離型玻璃管CO2激光器或CO2射頻激光器。封離型玻璃管CO2激光器技術(shù)成熟，完全封離，不需要氣體補充，不需要維修和定期維護，能滿足玻璃切割的基本要求，且成本低，經(jīng)濟而實用；射頻激光器的光束模式好，外型尺寸較小，集成簡單，操作方便，激光器的輸出靈活可控，輸出的脈沖能量、脈寬以及重復頻率等都可被實時控制，而不影響光束的聚焦，因而激光加工的參數(shù)可以根據(jù)不同種類、不同厚度的玻璃的特性進行實時優(yōu)化。
4 CO2激光切割技術(shù)的特點
（1）切割質(zhì)量好。 切口寬度窄（一般為0.1～0.5mm）、精度高（一般孔中心距誤差0.1～0.4mm，輪廓尺寸誤差0.1～0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra為12.5～25μm），切縫一般不需要再加工即可焊接。
（2）切割速度快。 例如采用2kW激光功率，8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min；2mm厚的不銹鋼切割速度為3.5m/min，熱影響區(qū)小，變形極小。
（3）清潔、安全、無污染大大改善了操作人員的工作環(huán)境。 當然就精度和切口表面粗糙度而言，CO?激光切割不可能超過電加工；就切割厚度而言難以達到火焰和等離子切割的水平。但是就以上顯著的優(yōu)點足以證明：CO?激光切割已經(jīng)和正在取代一部分傳統(tǒng)的切割工藝方法，特別是各種非金屬材料的切割。它是發(fā)展迅速，應用日益廣泛的一種先進加工方法。
5、激光切割玻璃的優(yōu)越性
激光引致應力切割技術(shù)超越了傳統(tǒng)的玻璃切割/分離技術(shù)，通過適當?shù)募訜岷屠鋮s工藝，激光束可在玻璃上精確加熱一條直線或曲線，隨后再噴射冷氣或氣液混合物加以冷卻。這種熱誘張力會產(chǎn)生精確的玻璃裂隙，從而實現(xiàn)高質(zhì)量的切割邊緣。這種切割方法的主要優(yōu)勢在于：精度高；不產(chǎn)生微裂紋、破碎或碎片問題；玻璃的邊緣抗破裂性極高；玻璃邊緣保持了光學性能；無需沖洗、打磨、拋光，從而降低了制造成本；不會造成材料損耗等。
激光切割玻璃具備加工速度快、精度高、參數(shù)設(shè)置簡單等明顯優(yōu)勢，成為大批量加工的選擇。因為激光是非接觸工具，沒有磨損問題，從而可保證持續(xù)、均勻的切割厚度和邊緣質(zhì)量。權(quán)威測量顯示，平均粗糙度（Ra）小于0.5μm。因為邊緣質(zhì)量優(yōu)秀以及自然回火效應，激光切割的邊緣強度非常高，與機械法加工后又打磨的樣品相比，邊緣強度提高30%左右。 激光切割避免了側(cè)面裂縫，不僅邊緣的抗沖擊強度增強，整體組件強度通常能提高80%，從而顯著改善部件抗損壞的能力。材料強度的提高減少了損壞與損失的可能性，也減少了由于潛在的產(chǎn)品瑕疵而過早的在現(xiàn)場出現(xiàn)故障的問題。這對產(chǎn)品設(shè)計而言是一大優(yōu)勢，設(shè)計者不僅可以使用更輕、更薄的材料，而且還不影響產(chǎn)品使用壽命。
6、激光切割玻璃技術(shù)的用途
玻璃激光切割新技術(shù)推廣并移植到大批量的生產(chǎn)線中，經(jīng)過了長時間的工程應用驗證，不僅得到了技術(shù)可行的充分證明，而且取得了明顯的經(jīng)濟效益。可以用于大量地生產(chǎn)各種各樣的小玩具、飾品、擺掛件和生活用的玻璃制品。在下述的情況下，如：存在玻璃破碎危險的產(chǎn)品的生產(chǎn)；電子行業(yè)中用于裝有玻璃的通訊移動產(chǎn)品的制造；包含薄玻璃易碎部件的產(chǎn)品，如傳感器、觸控板或玻璃外殼，又如：研發(fā)新產(chǎn)品，需要新的加工手段來實現(xiàn)創(chuàng)新特征；希望減少加工步驟來降低生產(chǎn)成本；現(xiàn)有的生產(chǎn)遇到經(jīng)濟壓力需要巨大的生產(chǎn)方式改良等，玻璃激光切割新技術(shù)都成為首選。
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引致應力切割加工的對象。在節(jié)能減排要求的大環(huán)境下，下一個最具潛力的應用行業(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。
轉(zhuǎn)載請注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導讀
關(guān)注我們
