一、 背景介紹

激光行業(ye) 飛速發展，激光切割技術已經較為(wei) 成熟。目前融合了計算機技術、數控技術、檢測技術和材料加工技術等，成為(wei) 了複合型的高新技術，激光切割以前多局限於(yu) 金屬材料，現在也逐步擴展到了木材、塑料、紙張和玻璃等非金屬材料領域。

伴隨著製造工業(ye) 的發展和現代生產(chan) 要求的提高，玻璃加工行業(ye) 對質量和效率的把控也變得更加嚴(yan) 格。應對於(yu) 一些新的工藝需求，傳(chuan) 統的機械鑽孔工藝已經無法滿足。例如太陽能背板玻璃的鑽孔加工、手機蓋板玻璃的鑽孔與(yu) 切割、顯示玻璃的鑽孔與(yu) 切割、石英玻璃與(yu) 鍍膜玻璃的精密加工、超薄玻璃的精密鑽孔與(yu) 異形切割、微孔加工。激光鑽孔因其高精度、高速度、高質量、高效率等獨特優(you) 勢成為(wei) 玻璃鑽孔的寵兒(er) 和熱點，在玻璃行業(ye) 具有十分廣闊的應用前景。

二、激光切割原理介紹

2．1 激光切割玻璃的工藝簡介

與(yu) 傳(chuan) 統的機械切割工具不同，激光束的能量以一種非接觸的方式對玻璃進行切割。激光切割玻璃的方法從(cong) 原理上可以分為(wei) 兩(liang) 種：熔融切割法和裂紋控製法。但是當玻璃的厚度超過1mm時，這兩(liang) 種工藝方法很難做到一步切割，加工時玻璃容易爆裂。

因此，基於(yu) 532nm波長納秒激光器的玻璃切割集中致力於(yu) ：如何優(you) 化應用工藝方法，降低玻璃崩邊率，提高玻璃成品率，實現高效切割。

2．2 基於(yu) 532nm波長納秒激光器的玻璃切割工藝介紹

本次實驗采用532nm波長的40W綠光激光器。針對玻璃這種材質，采用微裂紋掃描切割法，通過短脈衝(chong) 激光聚焦後從(cong) 玻璃下表麵逐層掃描至上表麵。玻璃內(nei) 部在高能量密度激光作用下形成的微裂紋連接成線，最終實現玻璃激光切割。如下圖所示。

2．2．1 由下向上的切割順序

由於(yu) 玻璃微裂後會(hui) 有細小粉塵碎渣，如果由上向下進行切割，粉塵碎渣會(hui) 積累在縫隙中，影響能量的散發，玻璃就會(hui) 碎裂、爆裂。

得益於(yu) 玻璃本身優(you) 異的透光性，可以透過玻璃。將光斑聚焦在玻璃下表麵，自下而上進行層層切割，切割位置下方放置抽風機。在重力和吸力的作用下，玻璃碎渣和粉塵可以正常掉落，不影響玻璃切割。如下圖所示。

2．2．2 多線切割

保證粉塵碎渣順利被抽出，僅(jin) 僅(jin) 從(cong) 下向上切割是不夠的。本實驗使用的激光器單線切割線寬不到100μm，需要多線切割增加縫寬，形成足夠抽出粉塵的通道，每一層的線圈間距由激光器功率和玻璃厚度做相應調整。同時，部分文獻表明由內(nei) 到外或由外到內(nei) ，以及多線間距的優(you) 化會(hui) 有效減少外邊緣的崩邊大小。多線也包含平行線和或螺旋線，本次使用螺旋線作為(wei) 示例。如下圖所示。

2．2．3 加工參數優(you) 化

主要影響切割效果的參數是：標刻速度、開光延時、關(guan) 光延時、拐點延時、激光頻率、激光脈寬、激光能量占空比、螺旋線的半徑、螺旋線間距和深雕層高。以標刻速度為(wei) 例，參數本身直接影響切割效率，如果速度過快，也會(hui) 導致單點深度不足，沒能從(cong) 下往上有效切割，內(nei) 部熱量堆積，玻璃就會(hui) 爆裂；反之，如果速度過慢，能量堆積會(hui) 導致粉塵未掉落時被重新融化，同樣會(hui) 導致玻璃爆裂等。如下圖所示。

三、實驗過程

3．1 實驗設備簡介

本實驗采用菲鐳泰克公司的FE15－G動態聚焦振鏡係統，標刻精度高，高速標刻下變形量小，標配XY2－100通用協議，接口開放，可兼容市麵上絕大多數控製卡；采用數字脈寬調製驅動技術，響應速度快、溫漂小，可以滿足此次實驗要求。搭配使用華日40W綠光固態激光器，可以實現常規圓孔或異形玻璃的打孔切割。相對於(yu) 傳(chuan) 統的機械切割而言，這套設備加工效率高、維護成本低、熱影響小。設備如下圖所示。

3．2 實驗軟件介紹

本次實驗使用的是LenMark＿3DS標刻軟件，是一款專(zhuan) 門為(wei) 激光標刻設計的應用軟件，集強大的圖形編輯和多種標刻功能於(yu) 一體(ti) ，與(yu) Lenmark＿Driver控製卡及掃描振鏡配合使用，能滿足各種高精度、高速激光加工的要求。軟件主界麵如下圖所示。

用戶可以自由設定標刻速度、開光延時、關(guan) 光延時、拐點延時、激光頻率、激光脈寬、激光能量等參數。軟件內(nei) 還可以設置Z向深度，這就決(jue) 定了我們(men) 能切割多厚的玻璃。配合163的場鏡，我們(men) 的焦深一般設置在±4mm，可以切割8mm左右的玻璃。如圖下圖所示。

3．3 實驗參數及效果

本實驗采用2mm鍍膜玻璃和5mm白玻璃。

通過實驗發現：標刻速度、延時、頻率等參數影響激光單點脈衝(chong) 是否能將裂縫連城一條線。同時能量大小影響切割效率，能量大一些，標刻速度就可以快一些。但是，當能量增大時，激光掃過的區域熱影響效應將更明顯，崩邊碎裂會(hui) 更大。在此就有效率與(yu) 邊緣質量的一個(ge) 權衡。

實驗結果也足以證明，無論是光滑曲線還是折角直線，激光切割都能連續精準的完成目標切割，崩邊量＜150μm，單雙層塗層也能輕鬆剝除。

相信隨著人們(men) 對激光技術的認識更深入一個(ge) 層次，激光技術會(hui) 在加工領域大放光彩。