激光切割技術現已成為一種成熟的工業加工技術。金屬是目前激光切割的主要對象,其它可以進行激光切割的材料還有塑料、陶瓷、硅片以及玻璃等。目前全球用于切割金屬材料的激光切割設備約有幾萬臺,而用于玻璃切割的激光設備包括實驗室設備在內也不過只有幾百臺。實際上,早在20世紀70年代,關于激光切割玻璃的研究就已經展開。從原理上講,玻璃對紅外激光的吸收遠比金屬好,而且玻璃是熱的不良導體,玻璃切割所需要的激光功率比金屬要低得多,所以玻璃的激光切割技術應該比金屬更早應用于工業生產。但玻璃的激光切割市場卻一直沒有發展起來。究其原因可能是因為玻璃的切割比較容易,傳統的金剛石刀輪或硬質合金刀輪玻璃切割技術已經發展得很成熟,工藝簡便且成本低廉,足以滿足通常的玻璃切割的要求。
時至今日,玻璃的應用日益廣泛,某些方面的應用對切割質量和切割成品率的要求非常嚴格,傳統的玻璃切割技術已逐漸不能滿足生產的要求。尤其在電子產品追求輕薄的趨勢下,作為關鍵材料的玻璃基板亦朝向薄型化以及可撓性目標邁進。由于玻璃具有硬脆的物理特性,因此切割時如何不損傷玻璃基板以及切割后如何消除玻璃邊緣缺陷,一直是各界極力突破部分。傳統玻璃切割是以輪刀直接機械加工達到所欲分割的尺寸,然而輪刀切割最大的問題在于刀具的損耗,尤其面對具有高硬度之強化玻璃的切割,刀具損耗尤為嚴重;除此之外,機械式的切割方式會產生機械應力,進而造成材料邊緣破損,并且隨著基板厚度越來越薄,切割時所造成的各式裂紋快速增多,嚴重影響切割制程的品質及良率,因此切割后均須搭配后續磨邊,以減少邊緣裂紋;不過當厚度達0.2毫米以下之超薄玻璃時,由于素材相對脆弱,利用機械來切割或磨邊的方式,將隨著力量施予的作用范圍過于狹小而難以有效控制,因此需逐漸導入激光制程來解決相關問題。
現在人們對玻璃的激光切割技術已經研究得很透徹,激光切割的優越性也逐漸為人們所認識。近年來已經出現了一些用于工業生產的玻璃切割設備,如德國Grenzebach公司的浮法玻璃在線激光切割設備;德國H2B公司的平板玻璃切割設備;美國FononDSS公司用于平板顯示方面的玻璃激光切割設備等。
玻璃的激光切割技術與傳統的切割技術相比具有很多的優越性,激光切割出來的玻璃邊緣光滑、無橫向微裂、無碎片,避免了在板材上出現劃傷并且將玻璃破碎的可能性減小到最低程度。當激光技術用于浮法玻璃生產線的在線切割時,由于不需要二次掰邊,所以原板玻璃的利用率得到了明顯提高。運用激光技術切裁125mm厚的玻璃不會產生任何應力問題,也沒有任何調節誤差。此外,由于通過激光切割的玻璃耐斷裂的強度較高,所以,在許多情況下不再需要對玻璃進行鋼化處理。從應用的情況看,玻璃的激光切割技術可能將在平板顯示、汽車玻璃和浮法玻璃生產等領域率先得到應用和推廣。
至目前為止,玻璃的激光切割技術就不是什么新技術了,企業已實現了出色的切割效果。Novanta集團激光事業部在用 CO2 激光束實現無縫可控玻璃切割,以及其他易碎性材料的直線切割方面,已經獲得數項專利。激光束玻璃切割采用可控玻璃開裂技術,并將加熱與冷卻相結合,不僅能實現高質量的切割邊緣,還能盡可能地減少微裂問題。無縫激光玻璃切割步驟包括:用激光束加熱玻璃表面;玻璃表層的壓縮應力加大,但不損壞其表面;用冷卻劑冷卻切割線表面;溫度的驟然變化使玻璃表面產生較高的張應力;最終在玻璃板上形成初裂。
玻璃加工企業是玻璃行業大家族中的重要成員。我國目前已形成了品種繁多、門類齊全的加工玻璃體系,玻璃加工企業有4000多家,玻璃加工率已達到22%左右。玻璃加工業的發展為國民經濟建設作出了應有的貢獻,滿足了人民日益提高的生活水平的需要,而使用激光技術加工已成為行業的發展趨向。
2014年,家電用彩晶玻璃面板需求保持穩定,業內人士粗略計算,家電外觀裝飾用彩晶玻璃面板的年產值約在30億元左右,隨著新裝飾效果的推廣以及更多家電品類導入彩晶玻璃設計元素,彩晶玻璃面板市場仍舊有很大上升空間。
隨著各大城市飯店、賓館及高級住宅的興建,我國建筑采光體發展迅速,用有機玻璃擠出板制成的采光體,具有整體結構強度高、自重輕、透光率高、安全性能高等特殊優點,與無機玻璃采光照置相比較,具有很大的優越性。城鎮化和工業化建設的推進,帶動了我國玻璃產業的快速發展,信息科技、節能環保、綠色建筑、清潔能源等產業的繁榮對玻璃產品的性能提出了新的要求,整個行業有著廣闊的發展空間。
就房地產行業的快速增長而言,國內住宅產品向著高端方向發展住宅的品質越來越成為消費者關注的重點。作為建筑外衣的一部分,玻璃幕墻、幕墻在高檔住宅上顯得非常重要。下游房地產新開工投資的回升也為平板玻璃提供市場支持,行業盈利水平有望得到一定程度改善,有利于玻璃產業的發展。
2016年是“十三五”開局之年,貫徹落實《中國制造2025》,工業轉型升級迫在眉睫。目前國家圍繞制造業創新中心建設、智能制造、工業強基、綠色制造和高端裝備這五大領域實現創新,致力推動五大工程。總之,隨著科技和經濟的飛速發展,人們對生活水平和質量的要求越來越高。現代化、智能化、電子化的工作和生活設施逐漸涌入人們的視野,也給激光玻璃切割的市場帶來了諸多的應用空間。玻璃作為一種脆性材料,質地均勻、透明度好、表面光滑、耐腐蝕,因此在科學研究與工農業生產中得到了廣泛的應用。尤其是近年來,隨著IT產業的迅速發展,液晶顯示器和等離子體顯示器等高科技電子產品應運而生,對玻璃制品切割質量的要求越來越高。玻璃的應用已經非常廣泛,而切割玻璃又是其中比較關鍵的技術,由于激光激光束具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性,利用激光來切割玻璃相對傳統方法具有無可比擬的優勢,因此,激光在玻璃切割中將會扮演非常重要的角色,市場前景相當廣闊。 (文/老牛)
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