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高效率玻璃激光切割技术加工

发布时间:2016/6/17

激光切割是利用激光束聚焦形成高功率密度光斑,将材料快速加热到汽化温度,蒸发形成小 孔洞后,再使光束与材料相对移动,从而获得窄的连续切缝。通过与数控机床、计算机辅助设计 与辅助制造(CAD/CAM)软件相结合,使激光切割具有很高的仿形切割能力,而且切割轨迹修 改方便,通过预先在计算机内设计,可进行不同形状、不同尺寸的套排切割,既省材料,又可实 现同时切割与全自动操作。

由于玻璃是脆性材料,耐热冲击性很差,在吸收激光的能量熔化后,周围产生热应力会使边 缘出现裂纹,边缘精确的加工就受到影响,但随着飞秒激光切割的应用,此问题已得到解决。

玻璃是透明的,即透过可见光,仅吸收中、近红外线,所以只有输出中、近红外线的激光器 较适合于切割,如002激光器。C02气体分子激光器是以掺有N2、He的C02气体为工作物质, 其效率高、光束质量好;功率范围大,从几瓦到几万瓦;能连续和脉冲输出,运行费用低。其输 出波长为10600nm,正好为玻璃吸收,故是激光加工玻璃常用的激光器。目前使用激光器能切割2~12㎜后的玻璃,切割速度可达60~120m/min,对硬度高的石英玻璃、硼硅酸盐玻璃也非常有效。用激光器切割传统的钠钙硅酸盐成分的磨光玻 璃与金刚石切割、磨轮切割相比,切割速度与玻璃厚度的关系如图18-16所示。激光器切割2mm 玻璃速度为7. 6m/min,切割12mm玻璃的速度为3. Om/min,比金刚石切割要慢,但比磨轮 要快。



激光器既可离线切割,也可在线切割,激光与金刚石刀轮组合起来,在浮法生产线上用以切 边,其机构如图18-17所示,由激光源4、5和金刚石轮2、3组成,金刚石刀轮安装在臂1上, 先在玻璃板上刻出划痕,然后由激光照射,激光光源4、5以水平方向发射,经反射镜反射90°, 照射到2、3的金刚石划痕处,激光的能量在玻璃照射处迅速升温,热应力使玻璃边断裂。由于 边部辊子7、8的转动,切下的边和主体玻璃分离。此种装置的优点是激光束的功率比单用激光 器切割所需功率至少能降低50%,除切割普通钠钙玻璃外,还可切割硬度较大的微晶玻璃和厚 度10mm以上的玻璃。

目前德国Grenzebach Maschinenbau GmbH研制激光切割玻璃设备已达到切割精、准,边缘 垂直度高,表面划痕少,没有碎屑、油污,板边始终整齐如一,热处理前不需磨边,操作简单、 节省人力,产品损耗小,德国除了离线和在线切割浮法玻璃外,还可以切割、真空隔热玻璃、夹 层玻璃等。

激光也可以切割空心玻璃制品(玻璃杯、烧杯、烧瓶)的口部,也可用于安瓿的切口和封 口。不论是人工或机械吹制玻璃器皿(如玻璃杯)时,顶部有一个料帽,必须将其切割去,常用 火焰切割,故俗称爆口。在生产线上往往将爆口、磨口、磨斜边结合起来,在同一设备上完成器 皿(如玻璃杯)的爆口、磨口(将口部磨平)、磨斜边(在 磨平的口部再磨一个斜边,使口部更光滑没有尖锐的棱角)

几个工序,此类型设备Compact 6型激光爆口机,既可用于钠钙玻璃也可用于晶质玻璃,加工玻璃器皿 的口径范围32〜150mm,生产速度6件/min,效率高,可 靠性好,维护费用低。在生产实践中,玻璃激光切割技术不断改进,从第一代 已发展到第三代,最初激光切割玻璃是利用高功率co2激 光器,由于仅依赖于热能将玻璃熔融或汽化,难以保证边缘 整齐、平滑,而且切割区域附近可能因残余应力而产生裂 纹。因此改用功率较小的激光器,如150W的C02激光器,聚焦后形成椭圆形光点,在玻璃表面上划出切割线,选择合 适的激光点移动速度,既保证热量在拟定切割线两侧的热 应力均匀分布,又不致将玻璃熔化,然后淬火气嘴或淬火水 嘴随激光点的移动,迅速将冷空气或水喷到玻璃受热的区域,使玻璃沿着最大应力方向产生断裂,并沿设定的方向掰开,此方法为第二代激光切割法。第 二代激光切割已在平板显示器基片玻璃的切割上,如LCD基片切割速度可达1m/s,切缝整齐, 表面没有损伤,也可用于浮法玻璃、汽车玻璃、日用玻璃的切割。

第二代激光切割虽然比机械切割和第一代激光切割在玻璃边缘强度和平整度方面有了很大改 进,但对异形和复杂形状玻璃的切割,成品率仍很低,同时还需喷空气或冷水到玻璃的切割区 域,冷却液会对LCD基片造成污染,于是便发展了第三代激光切割方法。

第三代激光切割玻璃方法称为双激光法,由刻划激光系统和分离激光系统、双路激光精密数 控系统、分离激光的光斑数控旋转系统和飞行光路数控加工以及CAD/CAM软硬件组成。第一 束激光为四倍频YAG调Q激光束,波长为266nm,玻璃吸收率不低于90%,对玻璃进行刻划。 第二束为高能激光椭圆形光束,沿第一束激光刻划线扫描,迅速加热刻划线,在刻划线上形成裂 缝,使玻璃沿刻划线掰开。此法无需喷冷空气和水,减少了 LCD基片切割的误差及切割时的污染。





 






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