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激光让玻璃加工又更多可能

发布时间:2021-10-28

  激光加工作为一种新兴的制造技术近年来逐渐渗透到各个行业,从早期的产品表面标记、雕刻,到大金属件的切割焊接,再到高精密材料的微切割,其加工能力可谓面面俱到。随着应用研发的突破,激光技术解决不同类型材料工艺的能力快速提高,有色金属到稀有金属,塑料、纤维、高分子材料、玻璃等均有涉足,一些新的材料激光加工工艺仍然在尝试、探索中,其应用空间潜力是巨大的。
  玻璃材料应用于传统切割
  本文探讨的是玻璃材料, 相信大家每天都会接触到各种玻璃制品,例如玻璃杯、玻璃门、玻璃窗、玻璃工艺品、玻璃摆设品等。应用这么广泛的玻璃制品,带来了大量的加工需求,最常见的就是切割、开孔了。而由于玻璃具有易碎的特性,所以加工起来要特别小心。
最为传统的玻璃切割,是人工使用玻璃刀划切,玻璃刀一般是金刚石作刀口,通过提前划线,对准尺子使用匀力进行直线划破。在开口后需要两手去把玻璃掰断,这就算是切割开了,但切边往往是不平滑的,还需要磨砂布给玻璃磨边至光滑。这种方法适用于1-6mm厚度的玻璃,也已经覆盖了生活中大部分的玻璃产品了,如果厚一点的,在切割前需要在表面加入煤油辅助。
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  这看起来是很落后的方式,但事实上这也是目前普遍、常见的玻璃切割,并且在大量的玻璃加工门店、加工厂仍然使用。稍好一点的就是使用玻璃切割片,实现了手持电动机切割,但其实也是高度依赖人工的。电机切割片的切割方式,容易产生较大量的玻璃碎渣,对周围环境带来污染,另外如果对人的防护不足也很容易对人体或眼睛带来伤害。
这两种全人工技术效率很低,而且面对平面玻璃,曲线切割、中间开孔切割,很难做到,精准度无法保证。
  水刀切割玻璃也有较多的应用,是利用高压水射流的细小的水刀对玻璃实现切割,能实现较高的精度,由于玻璃的切边比较略显粗糙,所以不会容易划伤手,有时只需简单打磨即可。水刀是自动化的,而且能够在玻璃中间开孔,也可以实现曲线切割,图形精准度较高。在一些大型的玻璃生产、加工企业,自动化水刀切割是用得较广泛的。
激光切割玻璃异军突起
  近年来,激光加工技术迅速发展,超快激光器的技术突破让精密激光技术得到发展,并渗透到玻璃加工领域。从原理上讲,玻璃对红外激光的吸收远比金属好,而且玻璃是热的不良导体,玻璃切割所需要的激光功率比金属要低得多。激光切割玻璃已经从最早使用的纳秒紫外激光发展到皮秒激光、甚至是飞秒激光,而且随着激光设备价格的大幅度下滑,其使用成本已经下降了许多。
  但就成本而言,精密激光玻璃切割机目前少则近百万元,多的三百多万元,对于一般玻璃加工店仍然是消费不起,因此至今为止也仅在一些高端应用产品有应用规模,并且这些大厂能消费得起。如手机上的摄像头玻片、手机触摸屏幕、水滴屏、刘海屏的凹槽切割,目前苹果、华为、小米等各大手机商的这些玻璃部件基本上都是采用激光切割了。另外,近两年逐渐成熟的在大幅面的OLED、microLED等显示屏产品,其玻璃屏也开始采用激光切割,显示面板屏幕如果能大量采用激光切割,其市场规模十分可观。
  此前激光切割玻璃的技术能力长期维持在3mm的厚度,但是过去两年迅速得到突破,前年有国内厂家已经实现了6mm厚度的快速切割,在今年据说已经突破了10mm厚度的激光快速切割。激光切割出来的玻璃具有环境干净、切口光滑、效率高、精度高、完全自动化等优势,是比水切割还高端高效的方式。未来极有可能推广到汽车玻璃、导航仪玻璃、建筑玻璃等领域广泛应用。
  值得注意的是,激光不仅能轻松切割玻璃,它还可以焊接玻璃,众所周知,玻璃的拼接是一个难度很高的事情。近两年德国、中国相关的科研单位和企业成功研发出激光焊接玻璃的技术,国内以西安光机所、华工激光为代表。这让激光在玻璃行业应用打开了更多空间。
  玻璃切割的专用激光冷水机
  超快激光切割玻璃材料,特别是电子产品用的玻璃片精度很高,要求激光设备稳定可靠,需要配套稳定性好、温控精度高的激光冷水机。
  广州特域机电有限公司自2020年首次推出了用于皮秒、飞秒等超快固体激光器冷却的CWUP系列冷水机。这款产品由特域机电根据市场需求和技术趋势自主研发,温控精度达到了±0.1℃,是目前行内领先的水平。CWUP系列目前有CWUP-10、CWUP-20、CWUP-30和CWUP-40等四款产品,可适用玻璃切割用的皮秒、飞秒和紫外激光器。
  CWUP系列产品设计紧凑,可与计算机通讯,满足多个应用环境使用,因其稳定可靠的性能,自推出以来广受市场欢迎。特域机电CWUP冷水机研发成功为国内精密玻璃激光切割加工提供更多可靠保障。
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