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激光切割玻璃解决方案

2008-08-29　文章来源: (cnph.cn) 阅读次数()

        加工有机玻璃的激光机切割速度快、精度高，定位准确。可生产工艺礼品、面板镜片机箱、模型玩具、广告灯箱招牌展示用品、包装盒等。
        ①切割效果好：切口不用火抛，非常光滑、光亮，没有锯齿纹，可一次性切割压克力厚度20mm
        ②激光管质量好、寿命长：国产机中最好的激光管，不但性能稳定，寿命也很长（约8~14个月），功率85W，包用半年
        ③整机性能卓越：可每天24小时连续不停机工作，台湾原装导轨，精确耐用
        ④切割速度快：如用于切割3mm厚度的压克力板材。
        激光应用于切割和焊接薄金属板已有30年了，通过聚焦光束局部地加热材料。这种方法灵活性好，经济效益高，在很多工业应用领域大放异彩。其实有机玻璃有比金属更低的热传导，所以激光应该可以顺理成章地应用于有机玻璃的切割。事实上，一些公司早在70年代即开始发展成套系统，当时使用的是千瓦输出功率水平的CO2 激光器。但是，因为功率水平高，对有机玻璃造成不容忽视的热影响，以致融化局部材料，所以当时的激光切割技术难以保证整齐、平滑的切割边缘，在许多应用场合中，仍然需要打磨切割边缘。同时，当时CO2 激光器的价格非常昂贵，令人生畏。
◇　激光引致分离
        近来，一些工程人员和学者发现了应用较低功率的激光器使玻璃分离，同时不对有机玻璃造成融化等热影响的有机拨玻璃切割方法。这种方法说来复杂，涉及细节技术很多，其基本原理是利用激光引致的应力使玻璃"分离"。期间，得益于封离型CO2激光器技术的发展和成熟，激光切割玻璃技术更显得经济、实用。
        在我们的研究中，使用平均输出功率为150W的CO2 激光器（Coherent 公司的K-150型），通过聚焦光路在玻璃表面形成椭圆型的聚焦点，椭圆的聚焦焦点保证了激光能量在切割线两侧的均匀的和最优化的分布。玻璃强烈地吸收10.6微米的激光，所以几乎所有的激光能量都被玻璃表面15微米吸收层所吸收，相对玻璃表面移动激光光点形成所需的切割线。选择合适的移动速度，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（设定的切割线），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，从而将有机玻璃沿着设定的方向分离。
        需要说明的是，为了引发有机玻璃产生断裂，需要首先用机械法在切割线的起点划出微小的起始裂痕。选择不同的激光功率、光点扫描速度等加工参数，应力引致的断裂深度可达20mm，意味着使用激光法可一步切割厚度为20mm的有机玻璃。
◇　结果和应用
        与传统的机械切割法相比，这种新的方法有几个重要的优点。首先，这是一步即可完成的、干燥的加工过程。边缘光滑整齐，不需要后续的清洁和打磨。并且，激光引致的分离过程产生高强度、自然回火的边缘，没有微小裂痕。使用这种方法，避免了不可预料的裂痕和残破，降低了次品率，提高了产量。
◇　厚度和切割速度
        限制切割速度的主要因素：有机玻璃的厚度、激光器的输出功率，我们相信，进一步的加工过程优化以及采用更高输出功率的激光器进行切割都会容易地将加工速度提高2至3倍。
        曲线切割
        因为裂痕是精确地沿着激光光束所划出的痕迹, 激光引致的分离可以切划出非常精确的曲线图案。事实上，我们所做的实验也证明了无论直线或是曲线，激光切割都能连续地、精确地完成设定图案，重复性可达+50μm。所以激光可以进行曲线和三维图形的精确切割。
◇　应用
        长远来说，激光引致的分离技术将在许多有机玻璃的切割应用中取代机械法。近期，激光切割已在越来越多的应用领域中显示强大的技术优势，我们也相信激光切割会在更多的领域中取得更大的成绩。