激光切割原理及切割情景如下图:
由于光谱的可见光部分可穿透大多数玻璃,这是由玻璃本身物理特性所引起的。而且光谱中大部分不可见光也可穿透多种玻璃,从而限制了可用激光的波长及选择范围。所以,用激光切割玻璃时,必须解决激光的波长选择问题。多数情况下,激光波长的选择在红外(IR)与紫外(UV)之间。目前所采用过的激光切割,基本上都是次啊用CO2激光,因为CO2激光具备较高的光吸收性。例如,碰鬼玻璃从5000nm开始就全面吸收CO2激光。
通过可控的激光加热与冷却处理,会在玻璃表面产生一个应力场,从而形成一条光滑笔直的裂缝。只要控制好切割过程中玻璃表面的温度分布,采用激光切割工艺便可以实现光滑而平整的切割边缘。
激光切割系统包括100W的光束与2mm*20mm的椭圆激光加热源,椭圆的主轴与切割方向一致,细水雾中心间距为18mm。这样,表面加热能以0.5m/s的速率在2mm厚的玻璃上稳定地实现直线切割,椭圆的聚焦点保证了激光能量在切割线两侧均匀的和最优化的分布。玻璃强烈地吸收10.6um的激光,所以几乎所有的激光能量都被玻璃表面15um吸收层所吸收,相对玻璃表面移动的激光光点形成所需的切割线。选择合适的移动速率,保证既有足够的激光热量在玻璃上形成局部的应力纹样分布,同时又不会将玻璃融化。
激光切割中另一个关键部件是淬火气(水)嘴,随着激光光点的移动,淬火气(水)嘴将冷空气(水)吹到玻璃表面,对受热区域进行快速淬火,玻璃将沿着应力最大的方向产生断裂,从而将玻璃沿着设定的方向分离。
选择不同的激光功率、光点移动速度等参数,应力所致的断裂深度可达100um到数毫米,意味这使用激光法可一部切割深度为100um到数毫米的玻璃。这个过程依赖与热致机械应力,断裂深度和切割速率与材料本身的线膨胀系数有很大关系。
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