你不得不知道的玻璃激光切割工藝

玻璃是一種重要的產(chǎn)業(yè)材料，應(yīng)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(xué)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)的玻璃切割手段采用硬質(zhì)合金或金剛石刀具，被廣泛地用于許多應(yīng)用當中，其切割流程分為兩個步驟。首先玻璃被用金剛石刀尖或硬質(zhì)合金砂輪，在玻璃的表面產(chǎn)生一條裂紋；之后，第二步就是采用機械手段將玻璃沿著裂紋線分割開。

然而，采用該方法進行劃刻和切割存在著一些缺陷。材料的去除會導(dǎo)致碎屑、碎塊和微裂痕的產(chǎn)生，使切割邊緣的強度降低，從而需要再進行一道清理工序。由此工藝帶來的深裂紋通常不會垂直于玻璃表面，原因在于機械力所生成的分割線一般是非垂直的。而且，機械力作用于薄玻璃帶來的產(chǎn)量損失也是一個負面因素。

以上這些缺陷能通過采用無應(yīng)力玻璃以及進一步優(yōu)化用于分割的工裝得到改善。然而，對于垂直切割線和防止邊緣碎屑／裂紋之間的系統(tǒng)性矛盾來說，要想完全避免仍不可能。激光技術(shù)的發(fā)展為這些質(zhì)量問題帶來了解決方案。

激光劃線和分割

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。該能量對工件的指定部分進行加熱，使其達到預(yù)先定義的溫度。該快速加熱的過程之后緊接著進行快速冷卻，使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生垂直向的應(yīng)力帶，在該方向出現(xiàn)一條無碎屑或裂紋的裂縫。因為裂縫只因受熱而產(chǎn)生，而非機械原因而產(chǎn)生，所以不會有碎屑和微裂紋出現(xiàn)。因此，激光切割邊緣的強度同傳統(tǒng)劃刻和分割方式相比是要更強的。精加工的需要也得到降低或根本不需要。另外，對出現(xiàn)玻璃碎塊的狀況也可完全避免。

對于激光劃刻來說，在激光束的加熱及隨后的冷卻過程作用下，玻璃表面被劃出一條深度大約為10mm（玻璃厚度的約10％）。玻璃隨后能沿著劃刻的方向被分割開來。因為該技術(shù)不產(chǎn)生任何玻璃碎塊，切割邊緣常見的毛邊和低強度也得到了避免，后續(xù)的拋光和打磨的工序也不再需要了。更重要的是，相對傳統(tǒng)方法分割的玻璃來說，經(jīng)該手段加工的玻璃其耐碎度高達三倍。對于厚度在5mm至1mm之間的玻璃，即使是只用一步完成整體的切割也是可能的。分割以及后續(xù)的拋光、打磨、沖洗等步驟不再需要。切割邊的強度能通過來自DIN－EN 843－1的標準化四點彎曲測試得到測量。一塊玻璃被固定在兩只滾輪上，在玻璃上表面通過另兩個滾輪被用來產(chǎn)生所需的折彎力，在該作用力下玻璃能被分裂為兩部分。該測試被重復(fù)大約100次，從而得到合適的關(guān)于分割可能性的可靠統(tǒng)計值。

在大多數(shù)情況下，激光劃線和切割是大批量加工的選擇。其優(yōu)勢在于很高的加工速度、高精度，以及簡單的參數(shù)設(shè)置。然而，在切割許多不同的線條和加工時間足夠的情況下，整體切割是一種更有吸引力的方法，因其具有干式冷卻方式并且沒有附加的切割步驟。在這兩種情況下都會產(chǎn)生高質(zhì)量的切割邊緣。可見如果采用激光切割玻璃，完全能夠在節(jié)省時間的同時，帶來加工質(zhì)量的提高。

激光切割玻璃技術(shù)用途

將一項全新且成熟的技術(shù)移植到大批量生產(chǎn)線中，用于加工高科技產(chǎn)品并非易事。從客戶的角度來說，在實施之前，該技術(shù)必須是一項自動化的、可靠的解決方案，不僅得到了充分證明，而且考慮到了經(jīng)濟性。實際操作中，創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用只在兩種情況下有效：新產(chǎn)品的推出需要新的生產(chǎn)手段來實現(xiàn)創(chuàng)新特征或通過減少加工步驟來降低生產(chǎn)成本，或者是現(xiàn)有的生產(chǎn)遇到經(jīng)濟壓力需要巨大的生產(chǎn)方式改良來緩解。

在平板顯示器行業(yè)，激光切割技術(shù)的推廣花費了五年時間才在生產(chǎn)線中找到了自己的位置，前提是經(jīng)歷了數(shù)千小時在許多加工線上的應(yīng)用驗證?，F(xiàn)在通?？紤]用于存在玻璃破碎危險的新產(chǎn)品的生產(chǎn)，或者在電子行業(yè)中用于裝有玻璃的通訊移動產(chǎn)品的制造，或者其他存在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。

加工通常在潔凈室中進行，正如生化行業(yè)一樣，因為這些都是對傳統(tǒng)切割或磨削步驟產(chǎn)生的微粒非常敏感的。例如，覆蓋了DNA代碼（生化條碼）的基底材料或被激光切割成片的材料用于產(chǎn)品測試。對于激光切割技術(shù)來說，下一個最具有潛力的應(yīng)用行業(yè)將是太陽能產(chǎn)業(yè)和汽車行業(yè)。

正如激光技術(shù)在金屬加工行業(yè)多年來的發(fā)展情況一樣，用于玻璃加工的激光切割技術(shù)也將繼續(xù)發(fā)展；該技術(shù)將被廣泛應(yīng)用在不同產(chǎn)品的加工中，替代傳統(tǒng)的手段。然而，傳統(tǒng)的玻璃加工方法在今后還將保持其在大多數(shù)玻璃制品加工中的重要地位，一般來說在這些應(yīng)用中對切割邊緣的加工質(zhì)量要求不很高。

激光外形切割是一項創(chuàng)新技術(shù)，將會在電子、汽車或建筑行業(yè)找到一席之地。除了激光切割玻璃之外，還有其他許多激光加工玻璃的手段都處在進一步開發(fā)和試驗階段，如鉆孔、倒角，以及涂層去除等。這些工藝要求不同種類的激光，如綠激光。

審核編輯 黃昊宇