1、超快激光切割厚玻璃行業(yè)市場(chǎng)與應(yīng)用需求

01 應(yīng)用行業(yè)

蓋板玻璃因其優(yōu)異的光學(xué)性能與獨(dú)特的耐磨性而應(yīng)用于車載顯示屏，車載顯示屏的不斷變革推動(dòng)蓋板玻璃快速發(fā)展，蓋板玻璃在車載顯示屏行業(yè)將會(huì)具有廣闊的應(yīng)用前景。

光伏玻璃是光伏電池組件輔材的一種，由于市場(chǎng)需求旺盛，光伏玻璃的供應(yīng)一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。光伏玻璃加工過程中必不可少的一道工序即是切割分片。

02 應(yīng)用需求

玻璃材質(zhì)的特點(diǎn)是硬脆性，給加工帶來很大的困難，特別是超厚玻璃的切割加工，一直以來是一個(gè)技術(shù)難題。傳統(tǒng)的超厚玻璃切割手段采用硬質(zhì)合金或金剛石刀具，切割流程分為兩個(gè)步驟：切割流程分為兩個(gè)步驟,第一步用金剛石刀尖或硬質(zhì)合金砂輪，在玻璃的表面產(chǎn)生一條裂紋，第二步采用機(jī)械手段將玻璃沿著裂紋線分割開。對(duì)超厚玻璃的切割，采用傳統(tǒng)的切割方法進(jìn)行劃刻和切割存在著一些缺陷：一是材料的去除會(huì)導(dǎo)致碎屑、碎塊和微裂痕的產(chǎn)生，使切割邊緣的強(qiáng)度降低，從而需要再進(jìn)行一道CNC精磨工序；二是刀具易磨損，需要定期更換，屬于易耗品，切割成本高；三是這種方法僅能切割直線，對(duì)于異形圖案切割比較困難，成品良率低。因此，對(duì)于玻璃厚度≥1mm的產(chǎn)品，特別是超厚玻璃的切割如5mm厚的玻璃，甚至12mm厚的玻璃，激光切割作為一種精密加工技術(shù)正逐漸成為玻璃深加工的主要工藝方法。

超快激光切割技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

• 加工適應(yīng)性強(qiáng)，能加工高硬度、高熔點(diǎn)及脆性材料等材質(zhì)材料，解決了傳統(tǒng)加工工藝中無法切割異形圖形的難題；
• 光斑易于控制，能聚焦到微米量級(jí)，可滿足定點(diǎn)加工、精細(xì)加工等加工精度要求極高的工藝需求；
• 加工效率高，切割2mm厚玻璃速度可達(dá)800mm/s以上，可免去后續(xù)打磨工序節(jié)約材料。

2、超快激光切割玻璃原理

超快激光器切割玻璃一般采用成絲或者貝塞爾光束切割兩種方式中一種。

01 成絲切割

成絲加工原理主要在于超快激光通過聚焦頭聚焦獲得具有高峰值功率密度的微米級(jí)光束，作用在玻璃材料上時(shí)，光束中心光強(qiáng)度比邊緣低，使得材料中心折射率比邊緣變化大，光束中心傳播速度比邊緣慢，光束出現(xiàn)非線性光學(xué)克爾效應(yīng)來產(chǎn)生自聚焦（波前聚焦），繼續(xù)提升功率密度，直到達(dá)到某個(gè)能量閾值，材料產(chǎn)生低密度等離子體，降低材料中心折射率，實(shí)現(xiàn)光束散焦。成絲切割即是這種原理實(shí)現(xiàn)的一種可行的玻璃切割工藝，當(dāng)超快激光束通過玻璃材料傳播時(shí)，同時(shí)存在克爾自聚焦和等離子體散焦，光束在兩者動(dòng)態(tài)平衡中能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳播，在材料中形成微米級(jí)的絲孔，這種絲孔在玻璃中能延展幾毫米的深度。

圖1.成絲切割原理

02 貝塞爾光束激光切割

貝塞爾光束是一種由長(zhǎng)距離干涉產(chǎn)生的激光束，允許能量集中在透明材料內(nèi)部傳播而不會(huì)發(fā)生衍射，使用光束整形生成的貝塞爾光束允許對(duì)受輻射材料進(jìn)行深度燒蝕，這對(duì)于形成具有高縱橫比的納米通道特別有用，如圖2(b)所示。因此，可以鉆入幾毫米厚、直徑非常小(小于2微米)且形狀基本均勻的玻璃層。使用貝塞爾光束進(jìn)行納米通道鉆孔的優(yōu)勢(shì)在于，激光束的形狀決定了孔的尺寸。在控制貝塞爾梁的形狀時(shí)，可以更好地控制鉆孔。因此，與迄今為止使用的方法相比，它是一種更簡(jiǎn)單、更可控且重現(xiàn)性更好的方法，具有工業(yè)規(guī)模玻璃微加工所需的質(zhì)量和加工精度。

圖2.貝塞爾光束

圖3.玻璃表面經(jīng)貝塞爾光束成絲孔后表面形態(tài)(SEM拍照放大2500倍)

03 裂片工藝

超快激光脈沖經(jīng)過成絲切割頭或者貝塞爾頭切割頭聚焦在玻璃內(nèi)形成貫穿絲孔，直線電機(jī)控制玻璃工件相對(duì)于激光束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)來生成等間距的眾多絲孔，通過優(yōu)化絲孔間距產(chǎn)生沿切割路徑方向的微裂紋，如下圖4所示。但此時(shí)玻璃還未出現(xiàn)分離，需要通過裂片工藝進(jìn)行裂片才能得到最終產(chǎn)品。圖5分步說明了超快激光切割玻璃的過程。

圖4.玻璃經(jīng)超短激光脈沖穿孔后形成裂紋

圖5.超快激光切割玻璃步驟

說明：紅色虛線為超短脈沖激光切割路徑，聚焦后光斑直徑數(shù)個(gè)微米，藍(lán)色為CO2激光器裂片路徑，裂片光斑直徑通常數(shù)毫米，確保其激光能量被吸收同時(shí)不會(huì)損傷玻璃。

玻璃裂片方式一般可分為機(jī)械裂片或者加熱裂片方式兩種。機(jī)械裂片是指對(duì)存在微裂紋的玻璃施加機(jī)械作用力，機(jī)械裂片有一定幾率產(chǎn)生相對(duì)較大崩邊，而且對(duì)于異形切割有較大限制。加熱裂片是指沿絲孔軌跡加熱(常見采用CO2激光器加熱)，增加微裂紋處的應(yīng)力，使玻璃沿微裂紋斷裂，達(dá)到切斷的目的。這樣的加工方式也確保了加工過程中不會(huì)對(duì)所涉及的空間范圍的周圍材料造成影響，從而做到了超精細(xì)加工。

貝塞爾光束激光切割技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

• 避免發(fā)生崩邊、裂紋等問題；
• 精度高，不產(chǎn)生微裂痕、破碎或碎片問題，邊緣抗破裂性高；
• 無需沖洗、打磨、拋光等二次制造成本，降低成本的同時(shí)大幅提高了工件良率及加工效率。

3、杰普特脆性材料切割解決方案

01 切割裂片設(shè)備

杰普特提供的厚玻璃切割解決方案，采用高功率紅外皮秒激光+貝塞爾切割系統(tǒng)，最大單次切割厚度6mm(兩次切割可達(dá)12mm)，具備光束質(zhì)量好，聚焦光斑小，功率波動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)各種光學(xué)玻璃進(jìn)行快速切割，具有切割速度快、崩邊小、無錐度等優(yōu)勢(shì)。精密光路設(shè)計(jì)保障高質(zhì)量的激光傳輸，保障穩(wěn)定的加工品質(zhì)及設(shè)備的工作穩(wěn)定性。

圖6.設(shè)備外觀圖

圖7.樣品圖片

02 異形細(xì)節(jié)

圖8.異形圖案加工后細(xì)節(jié)

03 崩邊

圖9.崩邊（小于10μm）

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