Olulised teadmised klaasi laserlõikamise tehnoloogiast

Klaas on kriitiline tööstusmaterjal, mida saab kasutada paljudes rahvamajanduse sektorites, sealhulgas auto-, ehitus-, tervishoiu-, kuvari- ja elektroonikatööstuses. Selle kasutusalad ulatuvad pisikestest, mõne mikroni suurustest optilistest filtritest ja klaasalustest sülearvutite ja tahvelarvutite kuvarite jaoks kuni suurte{1}}klaaspaneelideni, mida kasutatakse masstootmise valdkondades, nagu autotööstus ja ehitus.

Klaasi silmapaistev omadus on selle kõvadus ja rabedus, mis seavad töötlemisele olulisi väljakutseid. Traditsioonilised klaasi lõikamismeetodid põhinevad tsementeeritud karbiidist või teemanttööriistadel, mida kasutatakse laialdaselt paljudes rakendustes ja mis koosnevad kahest peamisest etapist. Esmalt tekitatakse teemantotsiku või tsementkarbiidist lihvketta abil klaasi pinnale pragu. Teiseks rakendatakse mehaanilist jõudu, et lõhestada klaasi piki pragude joont.

Sellel kirjutamis- ja lõikamismeetodil on aga mitmeid puudusi. Materjali eemaldamine toob kaasa prahi, killud ja mikropraod, mis vähendavad lõikeserva tugevust ja nõuavad täiendavat puhastusprotsessi. Selle protsessi tekitatud sügavad praod ei ole tavaliselt klaasi pinnaga risti, kuna mehaanilise jõu mõjul tekkivad eraldusjooned ei ole tavaliselt vertikaalsed. Lisaks on õhukesele klaasile rakendatud mehaanilisest jõust tingitud tootmiskaod veel üks negatiivne tegur.

Neid defekte saab leevendada pingevaba{0}klaasi kasutamisega ja eraldamiseks kasutatavate kinnitusdetailide täiendava optimeerimisega. Sellest hoolimata on võimatu täielikult vältida süstemaatilist vastuolu vertikaalsete lõikejoonte saavutamise ja servaprahi või pragude vältimise vahel. Lasertehnoloogia areng on pakkunud neile kvaliteediprobleemidele lahenduse.

Laserkirjutamine ja eraldamine

Erinevalt traditsioonilistest mehaanilistest lõiketööriistadest lõikab laserkiirega klaasi mittekontaktselt{0}}. See energia soojendab töödeldava detaili teatud alad etteantud temperatuurini. Kiirele kuumutamisprotsessile järgneb kohe kiire jahutamine, luues klaasi sees vertikaalsed pingetsoonid ja moodustades selles suunas prahi--vaba, pragude-vaba murru. Kuna murde põhjustab pigem kuumus kui mehaaniline jõud, ei teki prahti ega mikropragusid. Selle tulemusel on laseriga-lõigatud servade tugevus suurem kui traditsiooniliste kirjutus- ja eraldamismeetoditega toodetud servadel. Viimistlusvajadus väheneb või kaob täielikult. Lisaks saab klaasikildude tekkimist täielikult vältida.

Laserkriipsutamiseks tõmmatakse laserkiirega kuumutamise ja sellele järgneva jahutamise toimel klaasi pinnale umbes 10 mm sügavune joon (umbes 10% klaasi paksusest). Seejärel saab klaasi poolitada mööda kirjutatud suunda. Kuna see tehnoloogia ei tekita klaasikilde, välditakse tavalisi purskeid ja madalat tugevust lõigatud servadel ning hilisemad poleerimis- ja lihvimisprotsessid pole enam vajalikud. Veelgi olulisem on see, et selle meetodiga töödeldud klaas on kuni kolm korda purunemiskindlam{5} kui traditsiooniliste meetoditega eraldatud klaas. Klaasi puhul, mille paksus on 1–5 mm, on isegi võimalik kogu lõikamisprotsess lõpule viia ühe etapiga, välistades vajaduse eraldada ning sellele järgnevaid poleerimis-, lihvimis- ja loputusetappe. Lõikeserva tugevust saab mõõta standardiseeritud nelja-punkti painutustestiga vastavalt standardile DIN-EN 843-1. Klaasitükk kinnitatakse kahele rullikule ning klaasi ülemisel pinnal kasutatakse kahte teist rullikut, et tekitada vajalik paindejõud, mille mõjul klaas jaguneb kaheks osaks. Seda testi korratakse ligikaudu 100 korda, et saada usaldusväärseid statistilisi andmeid eraldamise teostatavuse kohta.

Enamikul juhtudel on masstöötluseks eelistatud valikud laseriga kirjutamine ja lõikamine. Nende eelised hõlmavad suurt töötlemiskiirust, suurt täpsust ja lihtsaid parameetrite seadistusi. Kui aga lõigatakse palju erinevaid liine ja töötlemisaeg on piisav, on täielik{2}}lõikamine atraktiivsem meetod tänu oma kuivjahutusmeetodile ja ilma täiendavate lõikamisetappide puudumisele. Mõlemal juhul saavutatakse kvaliteetsed-lõigatud servad. On ilmne, et klaasi laserlõikamine võib oluliselt säästa aega ja parandada töötlemise kvaliteeti.

Klaasi laserlõikamise tehnoloogia rakendused

Uue ja küpse tehnoloogia ümberpaigutamine kõrgtehnoloogiliste toodete{0}}töötlemise masstootmisliinidele ei ole lihtne ülesanne. Kliendi vaatenurgast peab tehnoloogia enne juurutamist olema automatiseeritud, töökindel lahendus, mis pole mitte ainult täielikult tõestatud, vaid ka majanduslikult tasuv. Praktikas on uuendusliku tehnoloogia rakendamine efektiivne ainult kahe stsenaariumi korral: kui uute toodete turuletoomine nõuab uusi tootmismeetodeid, et saavutada uuenduslikke omadusi või vähendada tootmiskulusid, vähendades töötlemisetappe, või kui olemasolev tootmine seisab silmitsi majandusliku survega ja selle leevendamiseks on vaja tootmismeetodeid oluliselt täiustada.

Lameekraanitööstuses kulus viis aastat, enne kui laserlõikamistehnoloogia oma positsiooni tootmisliinidel saavutas, pärast tuhandeid tunde rakenduste kontrollimist paljudel töötlemisliinidel. Tänapäeval peetakse seda tavaliselt uute klaasi purunemisohuga toodete tootmiseks, nagu klaas{1}}sisaldavad side- ja mobiilsed tooted elektroonikatööstuses või muud tooted, millel on haprad õhukesed klaasist osad, nagu andurid, puuteplaadid või klaaskestad.

Töötlemine toimub tavaliselt puhastes ruumides, nagu ka biokeemiatööstuses, kuna need väljad on väga tundlikud traditsiooniliste lõikamise või lihvimisetappide käigus tekkivate osakeste suhtes. Näiteks kasutatakse toodete testimiseks DNA koodidega (biokeemiliste vöötkoodidega) kaetud substraatmaterjale või laseriga tükkideks lõigatud materjale. Järgmised kõige lootustandvamad laserlõiketehnoloogia rakendusvaldkonnad on päikeseenergia ja autotööstus.

Nii nagu lasertehnoloogia on aastate jooksul arenenud metallitöötlemistööstuses, areneb edasi ka klaasi töötlemise laserlõikamise tehnoloogia; seda kasutatakse laialdaselt erinevate toodete töötlemisel, asendades traditsioonilised meetodid. Traditsioonilised klaasitöötlemismeetodid säilitavad siiski oma olulise positsiooni enamiku klaastoodete töötlemisel, üldiselt rakendustes, kus lõikeservade kvaliteedinõuded ei ole väga kõrged.

Laserkujuline lõikamine on uuenduslik tehnoloogia, mis leiab oma koha elektroonika-, auto- või ehitustööstuses. Lisaks klaasi laserlõikamisele on paljud teised laser{1}}põhised klaasitöötlemismeetodid arendamise ja katsetamise etapis, nagu puurimine, faasimine ja katte eemaldamine. Need protsessid nõuavad erinevat tüüpi lasereid, näiteks rohelisi lasereid.