激光行業飛速發展，激光切割技術已經較為成熟。目前，該技術還融合了計算機技術、數控技術、檢測技術和材料加工技術等，成為了復合型高新技術。激光切割工藝的應用以前多局限于金屬材料，現在逐步擴展到了木材、塑料、紙張和玻璃等非金屬材料領域。伴隨著制造工業的發展和現代生產要求的提高，玻璃加工行業對質量和效率的把控也變得更加嚴格。
對于行業提出的一些新工藝需求，傳統機械鉆孔工藝已經無法滿足。例如太陽能背板玻璃的鉆孔加工、手機蓋板玻璃的鉆孔與切割、顯示玻璃的鉆孔與切割、石英玻璃與鍍膜玻璃的精密加工、超薄玻璃的精密鉆孔與異形切割、微孔加工。激光鉆孔因其高精度、高速度、高質量、高效率等獨特優勢成為玻璃鉆孔的首選設備，在玻璃加工行業具有十分廣闊的應用前景。
圖1：玻璃中形成的微裂紋連接成線
532nm波長納秒激光器玻璃切割
與傳統機械切割工具不同，激光束的能量以一種非接觸的方式對玻璃進行切割。激光切割玻璃的方法從原理上可以分為兩種，熔融切割法和裂紋控制法。但當玻璃厚度超過1mm時，兩種工藝方法都很難做到一步切割，加工玻璃時容易出現爆裂。
圖2：玻璃切割順序自下而上
因此，基于532nm波長納秒激光器的玻璃切割集中致力于如何優化應用工藝方法，降低玻璃崩邊率，提高玻璃成品率，實現高效切割。
本次實驗采用的是532nm波長40W綠光激光器。針對玻璃材質，實驗人員采用了微裂紋掃描切割法，通過短脈沖激光聚焦后從玻璃下表面逐層掃描至上表面。玻璃內部在高能量密度激光的作用下形成微裂紋連接成線，最終實現玻璃激光切割，如圖1所示。
由于玻璃微裂后會有細小粉塵碎渣，如果由上向下進行切割，粉塵碎渣會積累在縫隙中影響能量的散發，玻璃就會碎裂、爆裂。得益于玻璃本身優異的透光性，可將光斑聚焦在玻璃下表面，自下而上進行層層切割，切割位置下方放置抽風機。在重力和吸力的作用下，玻璃碎渣和粉塵可以正常掉落，不影響玻璃切割，如圖2所示。
圖3：過線（螺旋線）切割示例
多線切割
保證粉塵碎渣順利被抽出，僅僅從下向上切割是不夠的。本實驗使用的激光器單線切割線寬不到100μm，需要多線切割增加縫寬形成足夠抽出粉塵的通道，每一層的線圈間距由激光器功率和玻璃厚度作出相應調整。同時，部分文獻表明由內到外或由外到內，以及多線間距的優化會有效減少外邊緣的崩邊大小。多線也包含平行線和或螺旋線，本次實驗使用螺旋線作為示例，如圖3所示。
圖4：加工參數設置不當導致殘品
加工參數優化
主要影響切割效果的參數有標刻速度、開光延時、關光延時、拐點延時、激光頻率、激光脈寬、激光能量占空比、螺旋線的半徑、螺旋線間距和深雕層高。以標刻速度為例，參數本身直接影響切割效率，如果速度過快會導致單點深度不足，沒能從下往上有效切割，內部熱量堆積，玻璃就會爆裂；反之，如果速度過慢，能量堆積會導致粉塵未掉落時被重新融化，同樣會導致玻璃爆裂等，如圖4所示。
圖5：實驗設備
實驗過程
本實驗采用菲鐳泰克公司的E15-G動態聚焦振鏡系統，標刻精度高，高速標刻下變形量小，標配XY2-100通用協議，接口開放，可兼容市面上絕大多數控制卡；采用數字脈寬調制驅動技術，響應速度快、溫漂小，可以滿足此次實驗要求。同時，實驗人員還搭配使用華日40W綠光固態激光器，可以實現常規圓孔或異形玻璃的打孔切割。相對于傳統的機械切割而言，這套設備加工效率高、維護成本低、熱影響小。實驗設備如圖5所示。
圖 6：實驗軟件界面
圖 7：軟件參數設置界面
實驗軟件介紹
本次實驗用的是LenMark_3DS標刻軟件，是一款專門為激光標刻設計的應用軟件，具有圖形編輯和多種標刻功能，與Lenmark_Driver控制卡及掃描振鏡配合使用，能滿足各種高精度、高速激光加工的要求。軟件主界面如圖6所示。
用戶可以自由設定標刻速度、開光延時、關光延時、拐點延時、激光頻率、激光脈寬、激光能量等參數。軟件內還可以設置Z向深度，這就決定了玻璃切割的厚度。配合163的場鏡，焦深一般設置在±4mm，可以切割8mm左右的玻璃。具體設置如圖7所示。
圖 8：實驗結果數據統計
實驗參數及結論
本實驗采用2mm鍍膜玻璃和5mm白玻璃。通過實驗發現，標刻速度、延時、頻率等參數影響激光單點脈沖是否能將裂縫連成一條線。同時能量大小影響切割效率，能量大一些，標刻速度就可以快一些。但當能量增大時，激光掃過的區域熱影響效應將更明顯，崩邊碎裂會更大。因此，對于加工商來說，就是效率與邊緣質量的權衡問題。
實驗結果足以證明，無論是光滑曲線還是折角直線，激光切割都能連續精準地完成目標切割，崩邊量<150μm，單雙層涂層也能輕松剝除。相信隨著人們對激光技術的認識更深入一個層次，激光技術會在加工領域大放光彩。
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