Podstawowa znajomość technologii cięcia laserowego szkła

Szkło jest krytycznym materiałem przemysłowym, który znajduje zastosowanie w wielu sektorach gospodarki narodowej, w tym w branży motoryzacyjnej, budowlanej, zdrowotnej, wyświetlaczy i elektronicznej. Zakres jego zastosowań obejmuje maleńkie filtry optyczne o wielkości zaledwie kilku mikronów i podłoża szklane do wyświetlaczy laptopów i tabletów, a także wielkoformatowe panele szklane-stosowane w dziedzinach produkcji masowej, takich jak motoryzacja i budownictwo.

Charakterystyczną cechą szkła jest jego twardość i kruchość, które stanowią poważne wyzwanie w przetwarzaniu. Tradycyjne metody cięcia szkła opierają się na narzędziach z węglika spiekanego lub diamentu, które są szeroko stosowane w wielu zastosowaniach i składają się z dwóch głównych etapów. Najpierw na powierzchni szkła tworzy się pęknięcie za pomocą końcówki diamentowej lub ściernicy z węglika spiekanego. Po drugie, stosuje się siłę mechaniczną, aby rozdzielić szkło wzdłuż linii pęknięcia.

Jednakże ten sposób trasowania i cięcia ma kilka wad. Usunięcie materiału prowadzi do powstania gruzu, fragmentów i mikropęknięć, które zmniejszają wytrzymałość ciętej krawędzi i wymagają dodatkowego procesu czyszczenia. Głębokie pęknięcia powstałe w wyniku tego procesu zwykle nie są prostopadłe do powierzchni szkła, ponieważ linie podziału utworzone pod wpływem siły mechanicznej są zazwyczaj-pionowe. Kolejnym negatywnym czynnikiem są straty produkcyjne wynikające z siły mechanicznej przyłożonej do cienkiego szkła.

Wady te można złagodzić, stosując-szkło wolne od naprężeń i dalszą optymalizację elementów stosowanych do separacji. Niemniej jednak nie da się całkowicie uniknąć systematycznej sprzeczności między uzyskaniem pionowych linii cięcia a zapobieganiem odpryskom lub pęknięciom krawędzi. Rozwój technologii laserowej umożliwił rozwiązanie tych problemów z jakością.

Trasowanie i separacja laserowa

W przeciwieństwie do tradycyjnych mechanicznych narzędzi tnących, energia wiązki lasera tnie szkło w sposób-bezdotykowy. Energia ta podgrzewa określone obszary przedmiotu obrabianego do określonej temperatury. Po szybkim procesie nagrzewania następuje natychmiastowe chłodzenie, w wyniku czego powstają pionowe strefy naprężeń wewnątrz szkła i powstawanie-wolnych od zanieczyszczeń i pęknięć-pęknięć wzdłuż tego kierunku. Ponieważ pęknięcie jest spowodowane działaniem ciepła, a nie sił mechanicznych, nie powstają żadne odłamki ani mikropęknięcia. W rezultacie wytrzymałość krawędzi ciętych laserem-jest wyższa niż wytrzymałość krawędzi wytwarzanych tradycyjnymi metodami trasowania i separacji. Konieczność wykańczania jest zmniejszona lub nawet całkowicie wyeliminowana. Dodatkowo można całkowicie uniknąć występowania odłamków szkła.

W przypadku trasowania laserowego, pod wpływem ogrzewania wiązką lasera i późniejszego chłodzenia, na powierzchni szkła rysowana jest linia o głębokości około 10 mm (około 10% grubości szkła). Następnie szkło można podzielić wzdłuż zaznaczonego kierunku. Dzięki temu, że w tej technologii nie powstają żadne fragmenty szkła, unika się typowych zadziorów i małej wytrzymałości na ciętych krawędziach, a późniejsze procesy polerowania i szlifowania nie są już konieczne. Co ważniejsze, szkło poddane obróbce tą metodą jest nawet trzy razy bardziej-odporne na pękanie niż szkło oddzielane tradycyjnymi metodami. W przypadku szkła o grubości od 1 mm do 5 mm możliwe jest nawet wykonanie całego procesu cięcia w jednym kroku, eliminując potrzebę oddzielania i kolejnych etapów polerowania, szlifowania i płukania. Wytrzymałość ciętej krawędzi można zmierzyć za pomocą standardowego-testu zginania w czterech punktach zgodnie z normą DIN-EN 843-1. Kawałek szkła mocuje się na dwóch rolkach, a dwa kolejne rolki służą do wytworzenia wymaganej siły zginającej na górnej powierzchni szkła, pod wpływem której szkło rozszczepia się na dwie części. Test ten powtarza się około 100 razy, aby uzyskać wiarygodne dane statystyczne dotyczące wykonalności separacji.

W większości przypadków w przypadku obróbki masowej preferowanym wyborem jest trasowanie i cięcie laserowe. Ich zaletami są duża prędkość przetwarzania, wysoka precyzja i prosta konfiguracja parametrów. Jednakże w przypadku cięcia wielu różnych linii i wystarczającego czasu przetwarzania,-pełne cięcie jest bardziej atrakcyjną metodą ze względu na metodę chłodzenia na sucho i brak dodatkowych etapów cięcia. W obu przypadkach uzyskuje się-wysokiej jakości krawędzie cięcia. Oczywiste jest, że zastosowanie cięcia laserowego szkła może znacznie zaoszczędzić czas, poprawiając jednocześnie jakość obróbki.

Zastosowania technologii cięcia laserowego szkła

Przeszczepienie nowej i dojrzałej technologii na masowe linie produkcyjne do przetwarzania-produktów zaawansowanych technologii nie jest łatwym zadaniem. Z punktu widzenia klienta technologia przed wdrożeniem musi być zautomatyzowanym, niezawodnym rozwiązaniem, które jest nie tylko w pełni sprawdzone, ale także opłacalne ekonomicznie. W praktyce zastosowanie innowacyjnej technologii jest skuteczne tylko w dwóch scenariuszach: gdy wprowadzenie na rynek nowych produktów wymaga nowych metod produkcji w celu osiągnięcia innowacyjnych cech lub obniżenia kosztów produkcji poprzez ograniczenie etapów przetwarzania, lub gdy istniejąca produkcja znajduje się pod presją ekonomiczną i wymaga znacznych ulepszeń metod produkcji, aby ją złagodzić.

W branży wyświetlaczy płaskich zajęło pięć lat, zanim technologia cięcia laserowego ugruntowała swoją pozycję na liniach produkcyjnych, po tysiącach godzin weryfikacji zastosowania na wielu liniach produkcyjnych. Obecnie jest powszechnie rozważany przy wytwarzaniu nowych produktów stwarzających ryzyko stłuczenia szkła, takich jak szkło- zawierające produkty komunikacyjne i mobilne w przemyśle elektronicznym lub inne produkty zawierające delikatne, cienkie elementy szklane, takie jak czujniki, touchpady czy szklane obudowy.

Przetwarzanie odbywa się zwykle w pomieszczeniach czystych, podobnie jak w przemyśle biochemicznym, ponieważ pola te są bardzo wrażliwe na cząstki powstające podczas tradycyjnych etapów cięcia lub mielenia. Do testowania produktów wykorzystywane są np. materiały podłoża pokryte kodami DNA (biochemicznymi kodami kreskowymi) lub materiały pocięte laserem na kawałki. Kolejnymi najbardziej obiecującymi branżami zastosowań technologii cięcia laserowego będą branża energii słonecznej i motoryzacja.

Tak jak technologia laserowa rozwinęła się na przestrzeni lat w przemyśle obróbki metali, tak technologia cięcia laserowego w obróbce szkła będzie nadal ewoluować; znajdzie szerokie zastosowanie w przetwórstwie różnorodnych produktów, zastępując metody tradycyjne. Jednakże tradycyjne metody obróbki szkła nadal będą odgrywać ważną rolę w przetwarzaniu większości produktów szklanych, generalnie w zastosowaniach, w których wymagania jakościowe dotyczące krawędzi ciętych nie są zbyt wysokie.

Laserowe wycinanie kształtowe to innowacyjna technologia, która znajdzie swoje miejsce w branży elektronicznej, motoryzacyjnej czy budowlanej. Oprócz cięcia laserowego szkła wiele innych-laserowych metod obróbki szkła jest w fazie dalszego rozwoju i testów, takich jak wiercenie, fazowanie i usuwanie powłok. Procesy te wymagają różnych typów laserów, np. laserów zielonych.