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紫外激光切割机如何解决玻璃切割难点?

发布日期:2020-12-23 10:10:00 来源:

移动时代, 几乎人人 “机不离手 ”, 手机行业更新迭代更是花样频出 : 除了系统、 硬件等功能配置不断升级外,作为手机最 重要 的外观和必备的拍照功 能也成为手机商的必争之地。
在外观材 料的 革新过程中,玻璃材料凭借造型多变、抗冲击性好、成本可控等诸多优点而颇受手机厂商青睐,包括手机前盖 板、后盖板、指纹识别片等; 在摄像头方面,随着良好的拍摄、感光、深度聚焦等拍照技术需要, 三摄四摄开始快速普及,摄像头盖板、滤光片、三棱镜等配件需求急速增加。
尽管玻璃材料有诸多优点,但其易碎的特点为加工过程带来不少难题,如容易出现裂纹、边缘毛糙等。 此外,听筒、前置摄像头、指纹片等位置的异型切割也对加工工艺提出了更高要求。

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传统玻璃切割工艺的原理和缺陷
传统的玻璃切割工艺包括刀轮切割和CNC研磨切割。刀轮切割的玻璃崩边大、边缘粗糙,良率较低,材料利用率较低,切割完后还需进行复杂工序的后处理,在进行异型切割时,速度及精度会大幅下降,有些异型全面屏因转角太小,根本无法用刀轮切割。CNC较刀轮的精度高,精度≤30μm,崩边比刀轮小,约40μm,缺点是速度慢。
传统激光切割玻璃为消融机理,利用聚焦后的高能量密度的激光将玻璃融化甚至气化,高压的辅助气体则将残余的熔渣吹除。由于玻璃易碎,高重叠率的光斑会累积过度的热在玻璃上,使玻璃龟裂,因此激光无法使用高重叠率的光斑进行一次切割,通常使用振镜进行高速扫描,将玻璃一层一层去除,一般的切割速度小于1mm/s。
紫外激光切割玻璃的原理和优势
近年来紫外激光在玻璃切割的应用上取得了非常优异的表现。
其原理主要在于紫外激光通过聚焦头聚焦获得 具有高峰值功率密度的微米级光束, 作用在玻璃材料上时,光束中心光强度比边缘低,使得材料中心折射率比边缘变化大,光束中心传播速度比边缘慢,光束出现非线性光学克尔效应来 产生自聚焦,继续提升功率密度,直到达到某个能量阈值,材料产生低密度等离子体,降低材料中心折射率,实现光束散焦。在实际切割玻璃中,优化聚焦系统及焦距,可实现重复性聚焦/散焦过程,形成稳定穿孔。

成丝切割即是这种原理实现的一种可行的玻璃切割工艺,当紫外激光束通过玻璃材料传播时,同时存在克尔自聚焦和等离子体散焦,光束在两者动态平衡中能实现长距离传播,在材料中形成微米级的丝孔,这种丝孔在玻璃中能延展几毫米的深度。直线电机控制玻璃工件相对于激光束进行运动来生成等间距的众多丝孔,通过优化丝孔间距产生沿直径方向的微裂纹。对存在微裂纹的玻璃施加特殊的作用,可增加微裂纹处的应力,使玻璃沿微裂纹断裂,达到切断的目的。
这是玻璃被激光改性过的结果,改性后的玻璃与原本的性质不同。而这样的加工方式也确保了加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响,从而做到了加工的“超精细”。
此外,非接触式加工也可避免传统切割容易发生崩边、裂纹等问题,具有精度高、不产生微裂纹、破碎或碎片问题、边缘抗破裂性高、无需冲洗、打磨、抛光等二次制造成本等优点,降低成本的同时大幅提高了工件良率及加工效率。

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