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高重頻、納秒綠光光纖激光器實現高質量、快速玻璃加工

2021-03-20 11:55:27 admin 29

蘇州圖森激光有限公司的玻璃激光鉆孔設備采用高重頻515 nm納秒光纖激光器,結合激光背向加工(即光束焦點由下至上移動)工藝,可以對各種不同材質的薄玻璃和管狀玻璃進行多種類型的快速精加工。例如,沿端面或側壁打孔、異型尺寸玻璃片切割、玻璃基底透明導電膜除膜、玻璃表面局部毛化與劃刻、在表面或內部打標等。根據不同的脈沖寬度和脈沖重復頻率,激光器輸出最大平均功率可達50 W。就玻璃打孔而言,通常加工孔經可以小至0.15 mm,大到50 mm以上,可以產生接近零錐度的通孔、盲孔、斜孔、臺階孔、方孔或其它特殊孔型。圖森激光采用高重頻納秒綠光光纖激光器加工鈉鈣玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃等,在玻璃深加工領域已有不少成功案例,適用玻璃厚度范圍通常在0.1 mm - 10 mm 之間。轉換至0.5 mm 厚的鈉鈣玻璃,最大線切割速度能夠達到22 mm/s以上。圖1至圖3分別給出一些代表性的玻璃加工結果圖片。

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5.8 mm厚鈉鈣玻璃

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不同厚度硼硅玻璃

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0.17 mm厚鈉鈣玻璃

圖1. 圖森激光采用高重頻納秒綠光光纖激光器切割出的一些玻璃樣品。

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圖2. 圖森激光采用高重頻納秒綠光光纖激光器在厚度為3 mm的浮法玻璃板上鉆出的直徑1 mm 小孔。(打每個孔所用時間小于1秒,崩邊小于130 um)。

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圖3. 圖森激光采用高重頻納秒綠光光纖激光器在壁厚為1.0 mm玻璃管側壁上鉆出的直徑為2.0 mm 小孔。

與CO2激光玻璃表面劃線加熱裂片和超短脈沖激光玻璃內部成絲裂片不同,利用高重頻納秒綠光光纖激光器實現玻璃切割主要是基于單個激光脈沖對工件的逐點燒蝕以及激光焦點按照預定設計路徑在空間中的快速掃描移動。因此,它更具靈活性,能夠對各種玻璃材料進行逐點、逐線和逐層的高可控性材料祛除,從而可以視作為一種具有很高精準度的高效“數字化(digital)”的激光玻璃切削式加工技術。這一技術使得利用激光在各種玻璃材料上切削出不同的立體形狀或三維形貌成為可能。這種逐點切削式的激光玻璃加工技術通常帶有一定大小的切割線寬以及切割邊緣處會存在不規則的崩邊(chipping)現象。取決于玻璃厚度和具體加工尺寸以及對切割速度的要求,實際應用中切割線寬通常在0.1 mm - 0.45 mm之間,最大崩邊往往可以控制在100 um - 150 um以內。特殊情形下,如超薄型玻璃和相對較小的加工尺寸,最大崩邊可以控制在50 um - 80 um之間。圖4為使用高重頻、納秒光纖綠光激光器加工的錐形孔和臺階孔,圖5為在鈉鈣玻璃表面上的劃線和開槽。劃線寬度約5 um,劃線速度3000 mm/s; 矩形槽的深度可以從幾微米到上百微米,甚至毫米量級,深度控制不僅精確而且簡單方便。

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圖4. 圖森激光采用高重頻納秒綠光光纖激光器加工的錐形孔和臺階孔。

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圖5. 圖森激光采用高重頻納秒綠光光纖激光器在玻璃表面產生的劃線(左圖)(線寬約5 um, 劃線速度3000 mm/s); 4.5 mm X 3 mm矩形槽(右圖),槽深20 um至200 um。

值得指出的是,高重頻、納秒綠光激光脈沖對玻璃材料的燒蝕機理并非常規的材料熱熔化后被輔助氣體排出或氣化,而是主要源于激光脈沖誘導的局部熱應力梯度所導致的有限空間范圍內的材料崩裂。根據估算,典型情況下,這樣的加工中平均而言一個激光脈沖祛除玻璃材料的量大約只有幾十納克或更小,其所對應玻璃顆粒的大下約二、三十微米至幾微米。 這種獨特的材料燒蝕祛除方式有著明顯高于相應于材料熱熔和氣化的切割效率。以普通鈉鈣玻璃為例,其單位光脈沖能量下的材料祛除可以達到150 um3/uJ。切割壁的粗糙度通常在幾微米量級。采用高重頻納秒綠光光纖激光燒蝕加工玻璃時,除了需要將切割中產生的粉塵及時吸入到吸塵機內之外,一般不需要吹氣或施壓等其它輔助手段。

蘇州圖森激光有限公司,先進激光加工設備制造商,脆性材料激光加工專家,采用國際領先技術的激光器,產品已成功應用于光伏、半導體、顯示、醫療、玻璃深加工等領域中玻璃材料精加工,始終致力于為客戶提供定制化的激光加工解決方案。


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