超短脈沖激光在超薄玻璃切割技術(shù)研究

趙意 陳濤 梁超帝

摘要：激光技術(shù)發(fā)展迅速，市場需求激增，應(yīng)用行業(yè)和領(lǐng)域也逐漸廣泛，尤其是超薄玻璃加工行業(yè)，對激光加工技術(shù)提出了更高的要求。因此利用激光的超短脈沖、超高能量，快速切割的高效的能力，應(yīng)用激光加工切割技術(shù)進(jìn)行玻璃切割是當(dāng)前玻璃加工必然趨勢。基于此，本文從激光加工切割技術(shù)的原理、優(yōu)勢以及特點等方面出發(fā)分析，總結(jié)現(xiàn)有激光切割在超波玻璃行業(yè)中的應(yīng)用，為促進(jìn)超薄玻璃切割發(fā)展領(lǐng)域發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：激光切割技術(shù);光纖激光器;超薄玻璃;應(yīng)用;

隨著世界高科技產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，國際市場對玻璃的需求量日益增加，玻璃在平面顯示、電子、半導(dǎo)體、汽車、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，同時在很多領(lǐng)域，所需玻璃的厚度越來越薄，現(xiàn)今研制的大幅面玻璃的厚度已經(jīng)達(dá)到0.1毫米甚至更薄。因為玻璃是一種硬脆性材料，超薄玻璃生產(chǎn)技術(shù)和加工技術(shù)成為了目前玻璃行業(yè)炙手可熱的前沿技術(shù)。

玻璃生產(chǎn)過程中需對玻璃成片分割，傳統(tǒng)的方式是采用金剛石刀具對玻璃進(jìn)行劃線切割，然后采用機械手段將玻璃沿著劃線掰斷。對于厚度小于1.1毫米的超薄玻璃的劃線切割，因用傳統(tǒng)的切割方式不好下力，輕重?zé)o法控制，很容易造成玻璃的破碎，已越來越無法勝任和滿足要求，尤其0.2毫米以下的超薄玻璃。

材料切割可以采用的方法越來越多，如高壓水切割，等離子切割，精細(xì)等離子切割與火焰切割，CO2激光切割等。不同的切割方法具有不同效果。見下表1。

激光切割又分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。

激光切割是使用超高的聚焦高功率的密度激光束進(jìn)行加工，使材料快速熔化或汽化，在與光束同一水平面上增加出氣孔，利用氣流吹除雜質(zhì)，實現(xiàn)工件分割分離，是現(xiàn)有熱切割方法之一。超薄玻璃由于其厚度較薄，普通的金剛石刀具切割方法會造成其破損過多，因此采用一種超薄玻璃的激光切割技術(shù)，采用激光對超薄玻璃進(jìn)行劃線切割，解決超薄玻璃的切割難題。激光的能量是通過利用一種非直接觸碰工件的形式對玻璃進(jìn)行切割，激光光斑小，能量密度高，激光和玻璃的相互作用過程可以精密控制，可獲得很好的加工質(zhì)量，不會造成玻璃破裂，所以是一種解決超薄玻璃切割難題的有效方案。

超薄玻璃激光切割激光選用超快光纖激光器和光纖激光加工模組。超快激光具備超短脈沖以及超強特性，能通過較低的脈沖能量獲得超高峰值的光強等優(yōu)勢，與過去的長脈沖的激光以及連續(xù)激光有顯著不同，超快激光有著超短的皮秒和飛秒激光脈沖。超快超強激光脈沖用于玻璃加工代表著當(dāng)今激光前沿技術(shù)的發(fā)展方向，可以實現(xiàn)非常高質(zhì)量的加工。

光纖激光器屬于最新一代先進(jìn)激光器，相比其他類型的二氧化碳和固體激光器，具有光束質(zhì)量好、穩(wěn)定性高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、免維護(hù)、重頻高、加工速度快等優(yōu)勢，并能承受復(fù)雜的工作環(huán)境，對灰塵、抖動、撞擊、空氣潮濕度和溫度具有很高的耐性。

在超薄玻璃生產(chǎn)線冷端指定的切割位置安裝激光模組，進(jìn)行激光劃線;劃線寬度10μm左右，深度5μm以內(nèi)，劃線后再用機械方法裂片從而完成玻璃的掰斷;所述激光模組由綠光皮秒激光器和場鏡構(gòu)成。其中，橫切機應(yīng)能匹配玻璃帶的拉引速度進(jìn)行橫向切割。

結(jié)束語

超波玻璃的激光切割具有切割速度快，切割表面光滑，邊緣方向垂直度高，不產(chǎn)生較大崩邊，精度高，且材料損耗小，效率顯著的特點。可實現(xiàn)多形狀，不規(guī)則圖形的精密切割、實現(xiàn)產(chǎn)線自動化等優(yōu)點，隨著對激光切割技術(shù)了解更加深入，國產(chǎn)激光器的快速發(fā)展，使得市場上激光器的價格有了跨越式的下降，超薄玻璃的激光切割技術(shù)將會在超薄玻璃的生產(chǎn)加工領(lǐng)域特別是浮法玻璃，超白玻璃等行業(yè)有著廣闊的市場應(yīng)用前景。