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红外皮秒激光玻璃切割原理及工艺

作者:Huaray 更新时间:2023-05-23 点击数:

玻璃材料由于美观度好、抗冲击性好、成本可控等优点广泛用于平板显示制造(FPD)、汽车、建筑、生活家居领域。但脆性易碎的特点,导致加工容易出现裂纹、边缘毛糙、成品率低的问题,随着玻璃应用逐渐增长,更高精度、更快速度、更优品质成为玻璃加工的共同目标。

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传统工艺

传统的玻璃切割工艺包括刀轮切割和CNC研磨切割。刀轮切割的玻璃良率较低,材料利用率较低,在进行异型切割时速度及精度会大幅下降,有些异型全面屏因转角太小,根本无法用刀轮切割。CNC较刀轮的精度高,缺点是速度慢。

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这些机械切割方法会沿着切割边缘产生微裂纹和碎屑,也会产生崩边。此外,机械切割方法还会在切割边缘产生残余应力,从而降低玻璃基板的机械强度(抗断裂性)。同时,机械切割方法可能还需要各种后处理步骤(如研磨、抛光)来缓解上述问题,这必然会增加额外的生产时间和成本。


激光玻璃切割原理

1.     玻璃激光“成丝”切割

成丝加工原理主要在于超快激光通过聚焦头聚焦获得具有高峰值功率密度的微米级光束,作用在玻璃材料上时,光束中心光强度比边缘低,使得材料中心折射率比边缘变化大,光束中心传播速度比边缘慢,光束出现非线性光学克尔效应来产生自聚焦(波前聚焦),继续提升功率密度,直到达到某个能量阈值,材料产生低密度等离子体,降低材料中心折射率,实现光束散焦。成丝切割即是这种原理实现的一种可行的玻璃切割工艺,当超快激光束通过玻璃材料传播时,同时存在克尔自聚焦和等离子体散焦,光束在两者动态平衡中能实现长距离传播,在材料中形成微米级的丝孔,这种丝孔在玻璃中能延展几毫米的深度。

2.      玻璃激光贝塞尔切割

贝塞尔光束是一种由长距离干涉产生的激光束,允许能量集中在透明材料内部传播而不会发生衍射,使用光束整形生成的贝塞尔光束允许对受辐射材料进行深度烧蚀,这对于形成具有高纵横比的纳米通道特别有用。

3.     激光裂片工艺

脉冲激光经过成丝切割头或者贝塞尔头切割头聚焦在玻璃内形成贯穿丝孔,直线电机控制玻璃工件相对于激光束进行运动来生成等间距的众多丝孔,通过PST、PSO优化丝孔间距、及曲线打孔工艺,产生沿切割路径方向的微裂纹。通过CO2激光器进行裂片才能得到最终产品。

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PINE3-1064-60皮秒红外激光器

加工玻璃材料:钙钠玻璃、硅酸盐玻璃、高硼硅玻璃、薄石英玻璃、蓝宝石玻璃等其他;加工厚度:6mm/刀 叠加6层(6*6=36mm);加工速度:0-300mm/s。(以上仅供参考,以实际情况为准)

1.1064nm波长激光在玻璃内部透光性良好,可聚焦至玻璃内部进行加工;

2.<10 ps脉冲宽度,降低等离子体传递时间,减少热影响;

3. 多脉冲模式,支持mJ级能量输出,高峰值功率,加工效率提升;


SS-T-I-60A01红外玻璃切割子系统

将“激光器”、“光路传输与控制”和“运动控制”融合于一体,以激光器制造工艺的标准打造高品质激光切割机。玻璃深加工利器,满足0.03-36mm崩边量<10μm,设备自主研发核心PST 和PSO 技术,适应于异形玻璃的快速切割。


UTG超薄玻璃切割

现有的超薄玻璃切割多为单片刀轮切割,制损率较高,且当板厚≤60μm时,存在较高的切割难度、对刀轮及平台都有极高的要求,崩边及边缘破欠明显;采用激光切割加工精度高,崩边量远低于传统切割,直接影响良品率,提升产出效率及降低成本。

厚度:35μm UTG超薄玻璃

加工要求:崩边<1.8μm

激光器:PINE-1064-30

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镀膜玻璃切割

镀膜玻璃切割困难点在于激光对膜材料及玻璃基材不同影响,且部分有色镀膜影响光学传输等。

加工材料:单面镀膜玻璃,膜厚3μm,玻璃厚1mm;

加工要求:崩边小、膜损伤小;(膜<10μm;玻璃<2μm,数据实验,以实际测样为准)

激光器:Femto-200/PINE-1064-40;采用贝塞尔激光切割

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钙钠玻璃切割

6mm玻璃激光切割是一项易于控制的非接触式的少污染技术,为客户带来极大便利;同时在高速切割下能保证边缘整齐、垂直性佳和内损伤低的优势,正成为玻璃切割行业的新型解决方案。尤其是高精度切割,皮秒级超快激光器因极窄的脉宽而展现出极大的优势,利用低热能扩散的特点,在热传导到周边材料前完成材料打断,在脆性材料切割中表现出良好的效果。

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盖板玻璃切割

盖板玻璃要求抗耐磨性硬度要求较高, 最常见的是蓝宝石玻璃,但局限于良品率低,加工效能低下,目前成本较高。随着激光技术的发展,激光的应用范围逐渐扩大,性能优势越来越明显,采用激光加工蓝宝石,不仅有效的保证了加工良率,同时也让蓝宝石能够快速有效的批量生产,同时在加工的过程中不会出现微裂痕,表面光滑有质感没有崩边。

切割厚度:0.7mm

切割崩边:< 10μm

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厚玻璃切割

厚玻璃的切割对激光器脉冲能量要求较高,华日激光PINE3系列皮秒红外激光器,可支持mJ级脉冲能量输出,单刀切割厚度达6mm,多次可叠加6刀(36mm玻璃切割),且断面均匀光滑。

切割材料:光学K9玻璃

切割厚度:17mm

切割速度:200mm/s

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Tag: 激光玻璃切割工艺 红外皮秒激光 激光玻璃切割原理