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  玻璃加工面临重大挑战!

      玻璃,是一种拥有独特属性的迷人材料。亚智科技集团(Manz)激光及光学高级研发人员Thomas Wahl告诉我们:“在张力或温度梯度导致的不均匀加热状态下,玻璃很脆弱并且容易产生裂缝,”通快公司微处理技术部门主管 Christof Siebert说道:“由于吸收和导热性的不同,玻璃和金属在与激光相互作用时表现出很大的差异。”玻璃有很强的透光性,但热传导性却很差,这与金属的特性恰好相反。“为了兼具切割速度和品质,玻璃的特性对激光系统和加工流程提出了巨大的挑战,” 欧洲原始设备制造商、Newport光谱-物理公司激光器工业销售总监Boris Ruffing博士如是说。根据他的说法,玻璃不仅仅是玻璃。“需要考虑的参数范围很广,如材料的成分、厚度、涂料和硬化方法,这些都会在加工进程中起作用,并带来更多的挑战。”

在LASYS 2014找到解决方案
      找到应对玻璃特性的方法已成为时下玻璃加工机械和激光系统生产商最迫切的需求。“运用激光对玻璃进行镌刻、钻孔的技术已经很完善了,”徕斯机器人公司的激光系统技术销售经理Norbert Höppe说,“但不同于金属或塑料,激光切割、焊接玻璃过程中的许多方面还没有深入的研究。”而像LASYS 2014这样一个针对各种激光材料加工技术的国际展览会,正是对此不可多得的平台。来自机械工程、汽车制造、电子工程、金属加工、光电、玻璃、半导体、塑料以及医疗技术产业的专业观众们都可以在2014年6月24日至26日举办的斯图加特激光材料加工系统解决方案展览会(LASYS 2014)上找到问题的答案和解决方案。LASYS 2014将在斯图加特展览中心4号展馆展出激光技术在材料加工领域的各项应用以及其他特殊及创新应用领域。机器、加工、服务是本次LASYS 2014的核心。展会将为参观者们了解最新的节能生产方法和系统(如激光玻璃加工)提供绝佳机会。

防伪标识刻印
      由于玻璃特殊的属性,与传统工艺相比,激光在加工过程中具有巨大的优势。“举例来说,激光技术能够在玻璃中制作出非埋置式的刻印。这对于需要避免使用墨水,有特殊卫生要求的医疗技术领域是非常有用的。”Coherent公司的欧洲市场营销经理Petra Wallenta说道。激光技术能够非常方便地为批量生产中每个产品制作不同尺寸,风格或内容的刻印。“同时这些标记也能作为防伪标识”Wallenta补充道。Coherent公司提供的激光系统设备能够用来在超薄玻璃显示屏或太阳能电池的覆盖玻璃上刻印标记。

传统显示屏加工方法遭遇瓶颈
      迄今为止,分割玻璃主要依靠切割和破坏原材料。这一方式的缺点在于分割边缘会留下微小的裂痕,必须进行再加工。否则这些细小的缝隙很容易导致玻璃板在之后的运输、涂层和硬化过程中破损。针对这一情况,激光分割加工显示出了其独有的优势:Coherent激光系统产品营销经理Ralph Delmdahl博士表示,“在玻璃加工过程中,激光技术有着不接触玻璃,操作灵活、过程环保的优势。特别是对于厚度小于1mm的显示屏玻璃,使用激光进行分割、轮廓修整、标记和钻孔有很多益处。这项技术主要适用于化学硬化玻璃和只能由高质量激光处理的蓝宝石水晶玻璃。不像传统的机械加工、激光加工不再需要返工或清洗的步骤。另外,尺寸小于100μm的小结构部件也可以只使用激光加工。”

      通快公司的专家Siebert也有相同的看法:“用激光加工的现代显示屏玻璃的厚度通常不超过 0.3mm但却非常的坚硬。举例来说,实际生产中几乎不可能用传统方式切割一个智能手机上的强化玻璃。使用的工具会使薄玻璃承受机械负荷,产生的细小裂缝必须再次通过边缘的再加工来弥补。只有通过激光切割加工才能达到高效又节约成本的效果。切割用金刚石砂轮也缺乏灵活性,很难塑造轮廓。”Thomas Wahl同意这一点,“激光技术对传统加工方式中所遭遇的各方面技术困境都非常有价值。比如处理闭合轮廓的不规则图形。另一种观点则看好激光技术高效的加工速度。”Wallenta补充道,“与机械加工玻璃相比,通过激光加工技术我们可以看到生产过程中产量和工艺可靠性的提高。”

聚焦超短脉冲激光器
      为了确保低导热或不均匀受热的玻璃材料不产生裂缝,专用机床和激光系统的生产商们所依靠的解决方案是尽可能地“低温加工”。对射线的吸收和热传导性是玻璃激光加工过程中非常重要的参数。“玻璃不吸收可见光和近红外光,它首先吸收的是二氧化碳激光器所发出的远红外光或紫外线。可见波长内的短脉冲可以通过非线性效应吸收,”Christof Siebert说道。因此短脉冲或超短脉冲激光是时下玻璃加工最受瞩目的技术。

未来激光玻璃加工:更快,更薄,更牢固
      激光玻璃加工技术有着广阔的市场前景。汉诺威激光中心于去年组织的主题为玻璃材料激光加工的活动得出了如下结论:“激光玻璃加工技术在今天的许多分支行业代表了加工工艺的水平,并且它在其它技术领域也仍蕴含着巨大潜力。”为了提高产量,高强度的作业仍会继续。“根据应用领域的不同,通过使用更高脉冲频率或更高脉冲能量的激光能够实现这一点。而鉴于玻璃的厚度日趋更薄并且会有越来越多的精细结构,不断提高加工质量仍是激光技术发展的趋势。”Delmdahl博士如是说。高级开发工程师Wahl补充道,“特别是最后阶段闭合轮廓加工中如何将化学硬化或热硬化的玻璃从原件玻璃上分离,是一项重要的挑战,也期待能够找到快速的解决方案。相关的研究还显示,大面积激光加工可以优化功能层的性能,如隔热玻璃,这也将成为近期的一项任务。根据Newport光谱物理公司专家的说法,另一个挑战在于由于玻璃材料技术一直在快速改进,因此激光加工系统也必须相应地不断适应这种变化。在“更薄,更牢固”这样的标语下,玻璃产业一直在尝试寻找一种完美的显示屏玻璃,“它要有一个非常坚固的表面,”Christof Siebert解释道,“但是几乎没有什么厚度。显示屏玻璃的制造商以此为目标,而这个也意味着对我们激光系统的制造商提出了极大的挑战。”

LASYS 2014参展实例
作为实例,LASYS 2014的五位参展商概述了在玻璃加工方面激光系统可以做到什么:

薄玻璃晶片的钻孔速度达到每秒1000微孔
      Coherent公司活跃于工业激光玻璃加工的各领域并为各种材料提供适合的激光系统。其中包括,用以快速分离显示屏玻璃和生产直刃铣削刀具的高性能脉冲CO2激光以及用于弹性生产不同结构的强化玻璃的皮秒激光。超短脉冲激光主要用于在硬化玻璃和蓝宝石水晶玻璃上精确切割圆形轮廓。波长193 nm的脉冲准分子激光主要用于标记和在薄玻璃晶片上钻销刻微孔。 Delmdahl博士说到:“只有运用脉冲准分子激光才可能在一秒内在芯片集成玻璃晶片上同时钻削高达1000个微孔,”

三层室内玻璃板钻孔
      Manz集团在自动化、测量技术、激光技术、真空镀膜技术以及通过湿式化学加工技术清洁、蚀刻基板方面有着很强的竞争力。机械工程公司针对每个客户为其提供包括从独立的机器到一体化生产线的专门解决方案。“特别是这种一体化的方式,”Thomas Wahl指出,“这为那些从单一的来源获取信息的用户提供了很大的便利,此后他们再也不用担心任何可能产生相互影响的问题了。” 该公司的典型独立项目包括在三层玻璃板上钻削压力补偿孔的机床。它被集成在现有的生产线上。Manz提供系统解决方案,比如一条完整的将玻璃加工为触控设备的生产线,在这条生产线上,玻璃从原材料加工成为可供安装的触控传感器。

高速微加工
      Newport光谱物理公司的紫外激光能不仅解决了透明度问题,还在保证了高精度,高处理速度的同时,做到了成本效益的最大化。同时,超高速激光的非线性吸收,使高质量的“低温”微加工成为可能。“为了确保激光系统能够被市场所接受,它们必须非常可靠并在高产出率的基础上保证低运作成本。我们开发激光系统就是为了开拓新的应用领域和实现这两个目标:低运行成本和高产出,”Ruffing博士说道。举例来说,新型球状高性能紫外激光平均拥有60 W能量,以可设计的脉冲形状和高重复率为特点。“这开辟了一个全新的紫外激光工艺参数领域,”他强调,“我们开发激光技术是为了运用新的微处理技术进行高速切割或钻孔,如移动设备的硬化玻璃,加工速度将达到1-1.5米/秒,同时拥有非常高的质量。” 对脉冲形状的设计使我们能够调整加工过程,通过使用同一激光,在各种不同的玻璃材料中加工出直线,曲线,孔或槽。

Ceran 激光玻璃板
      徕斯机器人公司不仅供应关节臂式机器人也供应门户式和特殊动力系统。它们都可以配备CO2激光器和固态激光器。Norbert Höppe说:“超短脉冲激光器在未来也将成为可能。我们优势在于为客户提供针对性的解决方案,”该公司制造例如用于切割Ceran 玻璃板的激光切割系统。专家表示,“这项系统的挑战首先涉及到玻璃板的运输、选择合适的激光和萃取器系统以及去除切削残渣的问题。”

平板电脑、智能手机等显示屏的装配
      通快公司的超短脉冲激光使用皮秒和飞秒范围的脉冲,是加工脆性和透明的材料的理想选择。超短脉冲激光不会产生任何热量。材料可以从百万分之一毫米的精确区域被移除——不会融化产生毛刺或因材料受热引起任何质量变化。该公司已经找到了精确的激光束参数标准,这对微米级的精确加工十分重要:“公司专利发明的双反馈控制器会监控每一个独立的微秒脉冲,控制输出和脉冲能量,使其能够不受外部影响,精确的保持在所需水平,”Siebert说并补充道,“我们的多调控激光在做到高速切割的同时有着很高的工艺稳定性。在如高度规范化的半导体和电子产品生产中,高生产率和高单位加工数是必须的。”我们的盘型激光器技术已经能够满足这些要求。而超短脉冲激光器则是适用于各类三班制工厂的有力工具,如智能手机、平板电脑制作工厂等。

LASYS 2014还将带来高品质同期活动
      作为激光材料加工行业最重要的交流平台,LASYS未来将呈现更多精彩的展览。除了有近200名参展商将于2014年6月参与本次展会外,LASYS 2014还为观展者进一步学习和交流提供了多样的同期活动。详情请见:http://www.messe-stuttgart.com.cn/Zhanhui/Detail.aspx?tid=92

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