基于532nm波长激光的玻璃切割工艺分享

  技术已经较为成熟。目前融合了计算机技术、数控技术、检测技术和材料加工技术等，成为了复合型的高新技术，激光切割以前多局限于金属材料，现在也逐步扩展到了木材、塑料、纸张和玻璃等非金属材料领域。

  伴随着制造工业的发展和现代生产规格要求的提高，玻璃加工行业对质量和效率的把控也变得更严格。应对于一些新的工艺需求，传统的机械钻孔工艺已经没办法满足。例如太阳能背板玻璃的钻孔加工、手机盖板玻璃的钻孔与切割、显示玻璃的钻孔与切割、石英玻璃与镀膜玻璃的精密加工、超薄玻璃的精密钻孔与异形切割、微孔加工。激光钻孔因其高精度、高速度、高质量、高效率等独特优势成为玻璃钻孔的宠儿和热点，在玻璃行业具有十分广阔的应用前景。

  与传统的机械切割工具不同，激光束的能量以一种非接触的方式对玻璃进行切割。激光切割玻璃的方法从原理上可大致分为两种：熔融切割法和裂纹控制法。但是当玻璃的厚度超过1mm时，这两种工艺方法很难做到一步切割，加工时玻璃容易爆裂。

  因此，基于532nm波长纳秒激光器的玻璃切割集中致力于：如何优化应用工艺方法，降低玻璃崩边率，提高玻璃成品率，实现高效切割。

  本次实验采用532nm波长的40W绿光激光器。针对玻璃这种材质，采用微裂纹扫描切割法，通过短脉冲激光聚焦后从玻璃下表面逐层扫描至上表面。玻璃内部在高能量密度激光作用下形成的微裂纹连接成线，最终实现玻璃激光切割。如下图所示。

  由于玻璃微裂后会有细小粉尘碎渣，如果由上向下进行切割，粉尘碎渣会积累在缝隙中，影响能量的散发，玻璃就会碎裂、爆裂。

  得益于玻璃本身优异的透光性，可以透过玻璃。将光斑聚焦在玻璃下表面，自下而上进行层层切割，切割位置下方放置抽风机。在重力和吸力的作用下，玻璃碎渣和粉尘可以正常掉落，不影响玻璃切割。如下图所示。

  保证粉尘碎渣顺利被抽出，仅仅从下向上切割是不够的。本实验使用的激光器单线μm，需要多线切割增加缝宽，形成足够抽出粉尘的通道，每一层的线圈间距由激光器功率和玻璃厚度做相应调整。同时，部分文献表明由内到外或由外到内，以及多线间距的优化会有实际效果的减少外边缘的崩边大小。多线也包含平行线和或螺旋线，本次使用螺旋线作为示例。如下图所示。

  主要影响切割效果的参数是：标刻速度、开光延时、关光延时、拐点延时、激光频率、激光脉宽、激光能量占空比、螺旋线的半径、螺旋线间距和深雕层高。以标刻速度为例，参数本身直接影响切割效率，如果速度过快，也会导致单点深度不足，没能从下往上有效切割，内部热量堆积，玻璃就会爆裂；反之，如果速度过慢，能量堆积会导致粉尘未掉落时被重新融化，同样会导致玻璃爆裂等。如下图所示。

  本实验采用菲镭泰克公司的FE15－G动态聚焦振镜系统，标刻精度高，高速标刻下变形量小，标配XY2－100通用协议，接口开放，可兼容市面上绝大多数控制卡；采用数字脉宽调制驱动技术，响应速度快、温漂小，能够完全满足此次实验要求。搭配使用华日40W绿光固态激光器，能轻松实现常规圆孔或异形玻璃的打孔切割。相对于传统的机械切割而言，这套设备加工效率高、维护成本低、热影响小。设备如下图所示。

  本次实验使用的是LenMark＿3DS标刻软件，是一款专门为激光标刻设计的应用软件，集强大的图形编辑和多种标刻功能于一体，与Lenmark＿Driver控制卡及扫描振镜配合使用，能满足各种高精度、高速激光加工的要求。软件主界面如下图所示。

  用户可以自由设定标刻速度、开光延时、关光延时、拐点延时、激光频率、激光脉宽、激光能量等参数。软件内还可设为Z向深度，这就决定了我们能切割多厚的玻璃。配合163的场镜，我们的焦深一般设置在±4mm，可以切割8mm左右的玻璃。如图下图所示。

  通过实验发现：标刻速度、延时、频率等参数影响激光单点脉冲是否能将裂缝连城一条线。同时能量大小影响切割效率，能量大一些，标刻速度就可以快一些。但是，当能量增大时，激光扫过的区域热影响效应将更明显，崩边碎裂会更大。在此就有效率与边缘质量的一个权衡。

  实验结果也足以证明，无论是光滑曲线还是折角直线，激光切割都能连续精准的完成目标切割，崩边量＜150μm，单双层涂层也能轻松剥除。

  相信随着时下人们对激光技术的认识更深入一个层次，激光技术会在加工领域大放光彩。

  菲镭泰克2023年部分展会信息，欢迎届时莅临，与我们一同探讨更多工艺应用。