激光機切割機應(yīng)用于切割和焊接薄金屬板已有30年了，通過聚焦光束局部地加熱材料。這種方法靈活性好，經(jīng)濟效益高，在很多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域大放異彩。其實玻璃有比金屬更低的熱傳導(dǎo)，所以激光機應(yīng)該可以順理成章地應(yīng)用于玻璃的切割。事實上，一些公司早在70年代即開始發(fā)展成套系統(tǒng)，當時使用的是千瓦輸出功率水平的CO2激光器。但是，因為功率水平高，對玻璃造成不容忽視的熱影響，以致融化局部材料，所以當時的激光機切割技術(shù)難以保證整齊、平滑的切割邊緣，在許多應(yīng)用場合中，仍然需要打磨切割邊緣。近來，一些工程人員和學(xué)者發(fā)現(xiàn)了應(yīng)用較低功率的激光器使玻璃分離，同時不對玻璃造成融化等熱影響的玻璃切割方法。這種方法說來復(fù)雜，涉及細節(jié)技術(shù)很多，其基本原理是利用激光引致的應(yīng)力使玻璃"分離"。期間，得益于封離型CO2激光器技術(shù)的發(fā)展和成熟，激光機切割玻璃技術(shù)更顯得經(jīng)濟、實用。在我們的研究中，使用平均輸出功率為150W的CO2激光器(Coherent公司的K-150型)，通過聚焦光路在玻璃表面形成橢圓型的聚焦點，橢圓的聚焦焦點保證了激光機能量在切割線兩側(cè)的均勻的和 優(yōu)化的分布。玻璃強烈地吸收10.6微米的激光，所以幾乎所有的激光能量都被玻璃表面15微米吸收層所吸收，相對玻璃表面移動激光光點形成所需的切割線。選擇合適的移動速度，保證既有足夠的激光熱量在玻璃上形成局部的應(yīng)力紋樣分布(設(shè)定的切割線)，同時又不會將玻璃融化。 選擇不同的激光機功率、光點掃描速度等加工參數(shù)，應(yīng)力引致的斷裂深度可達100微米到數(shù)毫米，意味著使用激光法可一步切割深度為100微米到數(shù)毫米的玻璃。因為這個過程依賴于熱致機械應(yīng)力，斷裂深度和切割速度與材料本身的膨脹系數(shù)很有關(guān)系。一般說來，適用于激光法進行切割的玻璃的膨脹系數(shù) 小應(yīng)為3.2x10-6K-1，所幸的是，多數(shù)普通玻璃都滿足這個要求。 與傳統(tǒng)的機械切割法相比，這種新的方法有幾個重要的優(yōu)點。首先，這是一步即可完成的、干燥的加工過程。邊緣光滑整齊，不需要后續(xù)的清潔和打磨。并且，激光機引致的分離過程產(chǎn)生高強度、自然回火的邊緣，沒有微小裂痕。使用這種方法，避免了不可預(yù)料的裂痕和殘破，降低了次品率，提高了產(chǎn)量。邊緣質(zhì)量定性地描述在一張1.5毫米厚的玻璃片上三個不同的切痕之間的動態(tài)差異。為了定量地評價邊緣質(zhì)量，根據(jù)ISO3274，應(yīng)使用Stylus輪廓測量儀對激光機切割機的邊緣進行測量。權(quán)威測量顯示，平均粗糙度(Ra)小于0.5微米。 因為裂痕是精確地沿著激光光束所劃出的痕跡,激光引致的分離可以切劃出非常精確的曲線圖案。事實上，我們所做的實驗也證明了無論直線或是曲線，激光切割都能連續(xù)地、精確地完成設(shè)定圖案，重復(fù)性可達+50μm。所以激光機可以進行曲線和三維圖形的精確切割。玻璃切割的邊緣干凈沒有裂片和裂痕，不需要后續(xù)處理工序。因為激光是非接觸工具，沒有工具的磨損問題，從而可保證持續(xù)、均勻的切割厚度和邊緣質(zhì)量。作為比較，3(b)顯示了使用金屬輪進行切割的邊緣，可以看到沿著切割線存在各種殘余張力成份。3(c)是金剛石砂輪切割的結(jié)果，可看到很多微小的裂痕，對于許多應(yīng)用來說，需要打磨切割邊緣。長遠來說，激光引致的分離技術(shù)將在許多玻璃的切割應(yīng)用中取代機械法。
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