玻璃是一種重要的產(chǎn)業(yè)材料，應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(diǎn)是硬脆性，給加工帶來(lái)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(dāng)中，其切割流程分為兩個(gè)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(jī)械手段將玻璃沿著裂紋線分割開。

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

以上這些缺陷能通過采用無(wú)應(yīng)力玻璃以及進(jìn)一步優(yōu)化用于分割的工裝得到改善。然而，對(duì)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(lái)說(shuō)，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(lái)了解決方案。

激光劃線和分割

與傳統(tǒng)的機(jī)械切割工具不同，激光束的能量以一種非接觸的方式對(duì)玻璃進(jìn)行切割。該能量對(duì)工件的指定部分進(jìn)行加熱，使其達(dá)到預(yù)先定義的溫度。該快速加熱的過程之后緊接著進(jìn)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(wú)碎屑或裂紋的裂縫。因?yàn)榱芽p只因受熱而產(chǎn)生，而非機(jī)械原因而產(chǎn)生，所以不會(huì)有碎屑和微裂紋出現(xiàn)。因此，激光切割邊緣的強(qiáng)度同傳統(tǒng)劃刻和分割方式相比是要更強(qiáng)的。精加工的需要也得到降低或根本不需要。另外，對(duì)出現(xiàn)玻璃碎塊的狀況也可完全避免。

對(duì)于激光劃刻來(lái)說(shuō)，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(lái)。因?yàn)樵摷夹g(shù)不產(chǎn)生任何玻璃碎塊，切割邊緣常見的毛邊和低強(qiáng)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(duì)傳統(tǒng)方法分割的玻璃來(lái)說(shuō)，經(jīng)該手段加工的玻璃其耐碎度高達(dá)三倍。對(duì)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(qiáng)度能通過來(lái)自DIN－EN 843－1的標(biāo)準(zhǔn)化四點(diǎn)彎曲測(cè)試得到測(cè)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(gè)滾輪被用來(lái)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(cè)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(jì)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(shì)在于很高的加工速度、高精度，以及簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置。然而，在切割許多不同的線條和加工時(shí)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(huì)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(shí)間的同時(shí)，帶來(lái)加工質(zhì)量的提高。

激光切割玻璃技術(shù)用途

將一項(xiàng)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(lái)說(shuō)，在實(shí)施之前，該技術(shù)必須是一項(xiàng)自動(dòng)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(jì)性。實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新特征或通過減少加工步驟來(lái)降低生產(chǎn)成本，或者是現(xiàn)有的生產(chǎn)遇到經(jīng)濟(jì)壓力需要巨大的生產(chǎn)方式改良來(lái)緩解。

在平板顯示器行業(yè)，激光切割技術(shù)的推廣花費(fèi)了五年時(shí)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(shí)在許多加工線上的應(yīng)用驗(yàn)證。現(xiàn)在通常考慮用于存在玻璃破碎危險(xiǎn)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(dòng)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(jìn)行，正如生化行業(yè)一樣，因?yàn)檫@些都是對(duì)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(cè)試。對(duì)于激光切割技術(shù)來(lái)說(shuō)，下一個(gè)最具有潛力的應(yīng)用行業(yè)將是太陽(yáng)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(lái)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(lái)說(shuō)在這些應(yīng)用中對(duì)切割邊緣的加工質(zhì)量要求不很高。

激光外形切割是一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，將會(huì)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(jìn)一步開發(fā)和試驗(yàn)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