玻璃鑽孔加工的當前背景

玻璃具有良好的透明性和化學穩定性，在生活中應用非常廣泛。在醫療、化工、光伏等特種玻璃領域，隨著科技水平的發展，需求也在逐年增加。以下是一些常見玻璃的分類及其加工特性：

1. 鈉鈣玻璃、超白玻璃和K9玻璃

● 鈉鈣玻璃（普通玻璃）

● 超白玻璃（低鐵玻璃）

● K9玻璃

這類型玻璃具有良好的韌性和硬度，適用於(yu) 0-20mm厚度的鑽孔。

2. 高硼矽玻璃和石英玻璃

● 高硼矽玻璃：透光性能優(you) 異，熱膨脹係數極低。

● 石英玻璃：常用於(yu) 光學鏡頭，具有極高的硬度。

在加工這類型玻璃時，通常使用熱脹冷縮法或激光裂片法。隨著激光技術的不斷發展，激光玻璃鑽孔逐漸成為(wei) 一種新的加工選擇。對於(yu) 高硬度玻璃的加工，需要使用高峰值功率的激光器。

3. 鋼化玻璃

鋼化玻璃是一種預應力玻璃，通過化學或物理方法在表麵形成壓應力，從(cong) 而提高玻璃的強度和承載能力。其抗風壓性、耐寒暑性和抗衝(chong) 擊性都得到了增強。然而，鋼化玻璃在加工後不能再進行切割。當鋼化玻璃破碎時，碎片呈蜂窩狀鈍角顆粒，減少了對人體(ti) 的傷(shang) 害。

不同玻璃類型在不同應用場景下都有各自的優(you) 勢和加工要求，選擇合適的加工方法和工具是確保加工質量的關(guan) 鍵。

激光玻璃鑽孔的優(you) 勢

玻璃鑽孔是玻璃生產(chan) 和深加工中的關(guan) 鍵環節，其重要性不言而喻。目前，傳(chuan) 統的玻璃切割工藝主要包括刀具CNC切割和水刀CNC切割兩(liang) 種方式。對於(yu) 小型企業(ye) 或預算有限的企業(ye) 來說，這兩(liang) 種傳(chuan) 統切割方式由於(yu) 高昂的成本難以推廣使用。

激光玻璃鑽孔作為(wei) 非接觸式加工，利用聚焦後的高能量密度的激光束將玻璃融化甚至氣化。激光利用玻璃的透光性將焦點聚焦在玻璃最底層，通過2.5D振鏡進行高速掃描，從(cong) 下往上將玻璃一層一層去除，可加工不同厚度不同種類的玻璃。激光切割玻璃除了初期成本投入外，無需後續的耗材成本，逐漸成為(wei) 玻璃加工行業(ye) 的重要選擇。

本次采用傑普特YDFLP-M8-200-S-W-V2激光器，搭配2.5D振鏡，以及三維切割軟硬件係統進行實驗，可以實現常規圓孔或異形玻璃的打孔切割。相對於(yu) 傳(chuan) 統的機械鑽孔而言，這套係統加工效率高、維護成本低、熱影響小。

01、激光器參數對玻璃鑽孔的影響

①脈衝(chong) 寬度對玻璃鑽孔的影響

下麵是對超白玻璃進行鑽孔實驗，圓的孔徑大小為(wei) 10mm，厚度為(wei) 3mm，分別采用6ns模式，9ns模式，12ns模式對應的截止頻率測試脈寬對玻璃切割的影響。

圖1 不同脈寬和頻率切割的效果

圖2 崩邊平均值（左）和最大值（右）測量

通過實驗可以得出結論，9ns的崩邊平均值和崩邊最大值控製得最好，隨後是6ns同樣有著不錯的崩邊表現，12ns的崩邊平均值和最大值略大，分析原因是12ns下熱量堆積造成崩邊。合適的單脈衝(chong) 能量和峰值功率對於(yu) 控製崩邊有著重要的影響，相同脈寬下更高的單脈衝(chong) 能量，更高的峰值功率有著更好的加工效果。

②重複頻率對玻璃鑽孔的影響

通過實驗可以得出結論，重複頻率為(wei) 截止頻率時，加工效率最高，加工時間減小降低了熱量堆積，崩邊相比90%和110%最小，截止頻率以下時輸出平均功率低導致效率偏低，截止頻率以上時單脈衝(chong) 能量和峰值功率下降導致效率偏低。

③功率對玻璃鑽孔的影響

激光器的功率影響著加工的效率和時間，為(wei) 了進一步探究激光器功率對效率的可觀影響，實驗采用同一參數僅(jin) 改變功率百分比的方式進行測試。參數選擇9ns 模式280k頻率，功率百分比設置為(wei) 70%，80%，90%，測試3mm厚白玻璃鑽10mm直徑孔的效率。

通過實驗可以得出結論，隨著平均功率的提高，激光峰值功率提高，相同厚度相同孔徑鑽孔所需時間減小。

02、激光異形鑽孔實驗

激光器輸出激光束，振鏡電機通過高速移動實現激光束的高速移動，再經過F-Theta透鏡聚焦到工作範圍，這種加工方式方便可控可調，為(wei) 設備的自動化加工、集成一體(ti) 化提供了一種具有競爭(zheng) 力的方案。

圖3 振鏡工作原理

下圖展示了使用YDFLP-200-M8-S-W-V2激光器異形鑽孔效果，崩邊均小於(yu) 400微米，邊緣效果優(you) 異。

圖4 異形鑽孔效果

03、不同厚度玻璃鑽孔實驗

在玻璃鑽孔行業(ye) ，提高效率和降低成本是普遍的追求。解決(jue) 行業(ye) 痛點和難點是傑普特不懈發展的目標。更大的單脈衝(chong) 能量和更高的峰值功率顯著提升了加工效率。以下是使用YDFLP-200-M8-S-W-V2測試不同厚度和鑽孔直徑加工效率情況，僅(jin) 供參考。

鑽孔厚度/直徑相對應的加工時間

04、傑普特M8係列激光器

傑普特M8係列激光器采用主振蕩功率放大的MOPA結構，自2021年推出以來，經過多次迭代升級和優(you) 化，針對不同應用開發了多種功率等級的激光器。中低功率激光器（如20瓦、50瓦）適用於(yu) 對熱量敏感材料的表麵處理和刻蝕。中高功率激光器（100瓦至300瓦）在深度切割、深度雕刻和玻璃磨砂處理等高效率、高要求的應用中表現出色。

圖5 YDFLP-200-M8-S-W-V2 外觀圖

在保持傑普特M7係列脈衝(chong) 頻率獨立可調功能的基礎上，M8係列對脈衝(chong) 峰值功率和光束質量進行了重點優(you) 化。該係列在高功率工作條件下仍能保持優(you) 異的光束質量，峰值功率可達300KW。高效的M8係列激光器為(wei) 工業(ye) 自動化加工領域帶來了全新的高效加工方式。

圖6 YDFLP-200-M8-S-W-V2 性能指標與(yu) 峰值功率曲線

05、複雜材料特性應用

根據M8係列高峰值激光器的特點，可以實現一些普通紅外光纖激光器無法做到的效果，比如在塑料上進行打標。常見的塑料種類很多，通常1064nm紅外光纖激光器被認為(wei) 不適合在塑料材料上打標，普遍使用的是紫外固體(ti) 激光器或CO2激光器。然而，高峰值激光器的低熱量特性使這種打標成為(wei) 可能。

圖7 POM塑料和ABS塑料打高對比度顏色效果

相比傳(chuan) 統接觸式加工中存在的各種問題，高峰值高功率激光器的非接觸式加工方式優(you) 勢顯著。盡管初期投入較大，但後續加工的穩定性更強，且持續投入更少。在加工具有複雜材料特性和物理特性的應用，傑普特M8係列高峰值激光器憑借其優(you) 異的光束質量和可調的參數選擇，能夠輕鬆應對並高質量完成。