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技術(shù)前沿

基于532nm波長激光的玻璃切割工藝分享

來源:菲鐳泰克2023-04-26 我要評論(0 )   

一、 背景介紹激光行業(yè)飛速發(fā)展,激光切割技術(shù)已經(jīng)較為成熟。目前融合了計算機技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、檢測技術(shù)和材料加工技術(shù)等,成為了復合型的高新技術(shù),激光切割以前多局限...

一、 背景介紹

激光行業(yè)飛速發(fā)展,激光切割技術(shù)已經(jīng)較為成熟。目前融合了計算機技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、檢測技術(shù)和材料加工技術(shù)等,成為了復合型的高新技術(shù),激光切割以前多局限于金屬材料,現(xiàn)在也逐步擴展到了木材、塑料、紙張和玻璃等非金屬材料領(lǐng)域。

伴隨著制造工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代生產(chǎn)要求的提高,玻璃加工行業(yè)對質(zhì)量和效率的把控也變得更加嚴格。應對于一些新的工藝需求,傳統(tǒng)的機械鉆孔工藝已經(jīng)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(zhì)量、高效率等獨特優(yōu)勢成為玻璃鉆孔的寵兒和熱點,在玻璃行業(yè)具有十分廣闊的應用前景。

二、激光切割原理介紹

2.1 激光切割玻璃的工藝簡介

與傳統(tǒng)的機械切割工具不同,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。但是當玻璃的厚度超過1mm時,這兩種工藝方法很難做到一步切割,加工時玻璃容易爆裂。

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(yōu)化應用工藝方法,降低玻璃崩邊率,提高玻璃成品率,實現(xiàn)高效切割。

2.2 基于532nm波長納秒激光器的玻璃切割工藝介紹

本次實驗采用532nm波長的40W綠光激光器。針對玻璃這種材質(zhì),采用微裂紋掃描切割法,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(nèi)部在高能量密度激光作用下形成的微裂紋連接成線,最終實現(xiàn)玻璃激光切割。如下圖所示。

2.2.1 由下向上的切割順序

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(fā),玻璃就會碎裂、爆裂。

得益于玻璃本身優(yōu)異的透光性,可以透過玻璃。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。如下圖所示。

2.2.2 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做相應調(diào)整。同時,部分文獻表明由內(nèi)到外或由外到內(nèi),以及多線間距的優(yōu)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,本次使用螺旋線作為示例。如下圖所示。

2.2.3 加工參數(shù)優(yōu)化

主要影響切割效果的參數(shù)是:標刻速度、開光延時、關(guān)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(shù)本身直接影響切割效率,如果速度過快,也會導致單點深度不足,沒能從下往上有效切割,內(nèi)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。如下圖所示。

三、實驗過程

3.1 實驗設備簡介

本實驗采用菲鐳泰克公司的FE15-G動態(tài)聚焦振鏡系統(tǒng),標刻精度高,高速標刻下變形量小,標配XY2-100通用協(xié)議,接口開放,可兼容市面上絕大多數(shù)控制卡;采用數(shù)字脈寬調(diào)制驅(qū)動技術(shù),響應速度快、溫漂小,可以滿足此次實驗要求。搭配使用華日40W綠光固態(tài)激光器,可以實現(xiàn)常規(guī)圓孔或異形玻璃的打孔切割。相對于傳統(tǒng)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。設備如下圖所示。

3.2 實驗軟件介紹

本次實驗使用的是LenMark_3DS標刻軟件,是一款專門為激光標刻設計的應用軟件,集強大的圖形編輯和多種標刻功能于一體,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。軟件主界面如下圖所示。

用戶可以自由設定標刻速度、開光延時、關(guān)光延時、拐點延時、激光頻率、激光脈寬、激光能量等參數(shù)。軟件內(nèi)還可以設置Z向深度,這就決定了我們能切割多厚的玻璃。配合163的場鏡,我們的焦深一般設置在±4mm,可以切割8mm左右的玻璃。如圖下圖所示。

3.3 實驗參數(shù)及效果

本實驗采用2mm鍍膜玻璃和5mm白玻璃。

通過實驗發(fā)現(xiàn):標刻速度、延時、頻率等參數(shù)影響激光單點脈沖是否能將裂縫連城一條線。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。但是,當能量增大時,激光掃過的區(qū)域熱影響效應將更明顯,崩邊碎裂會更大。在此就有效率與邊緣質(zhì)量的一個權(quán)衡。

實驗結(jié)果也足以證明,無論是光滑曲線還是折角直線,激光切割都能連續(xù)精準的完成目標切割,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(shù)的認識更深入一個層次,激光技術(shù)會在加工領(lǐng)域大放光彩。


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激光玻璃切割工藝
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