當今，對于玻璃制品的質量要求越來越高，加工技術除了要考慮不同的材料特性之外，還必須實現更為精密、細致和純粹的加工結果，而創新的激光切割技術已經成為許多行業玻璃切割的標準。在電子等需求日益增長的市場，迫切需要玻璃切割的創新技術。 傳統的玻璃切割手段采用硬質合金或金剛石刀具，被廣泛地用于許多應用當中，其切割流程分為兩個步驟。首先玻璃被用金剛石刀尖或硬質合金砂輪，在玻璃的表面產生一條裂紋；之后，第二步就是采用機械手段將玻璃沿著裂紋線分割開。 然而，采用該方法進行劃刻和切割存在著一些缺陷。材料的去除會導致碎屑、碎塊和微裂痕的產生，使切割邊緣的強度降低，從而需要再進行一道清理工序。由此工藝帶來的深裂紋通常不會垂直于玻璃表面，原因在于機械力所生成的分割線一般是非垂直的。而且，機械力作用于薄玻璃帶來的產量損失也是一個負面因素。 以上這些缺陷能通過采用無應力玻璃以及進一步優化用于分割的工裝得到改善。然而，對于垂直切割線和防止邊緣碎屑/裂紋之間的系統性矛盾來說，要想完全避免仍不可能。激光技術的發展為這些質量問題帶來了解決方案。 激光劃線和分割 與傳統的機械切割工具不同，激光束的能量以一種非接觸的方式對玻璃進行切割。該能量對工件的指定部分進行加熱，使其達到預先定義的溫度。該快速加熱的過程之后緊接著進行快速冷卻，使玻璃內部產生垂直向的應力帶，在該方向出現一條無碎屑或裂紋的裂縫（見圖1）。因為裂縫只因受熱而產生，而非機械原因而產生，所以不會有碎屑和微裂紋出現。因此，激光切割邊緣的強度同傳統劃刻和分割方式相比是要更強的。精加工的需要也得到降低或根本不需要。另外，對出現玻璃碎塊的狀況也可完全避免。對于激光劃刻來說，在激光束的加熱及隨后的冷卻過程（見圖2）作用下，玻璃表面被劃出一條深度大約為100m（玻璃厚度的約 10%）。玻璃隨后能沿著劃刻的方向被分割開來。因為該技術不產生任何玻璃碎塊，切割邊緣常見的毛邊和低強度也得到了避免，后續的拋光和打磨的工序也不再需要了。更重要的是，相對傳統方法分割的玻璃來說，經該手段加工的玻璃其耐碎度高達三倍。對于厚度在50m至1mm之間的玻璃，即使是只用一步完成整體的切割也是可能的（見圖3）。分割以及后續的拋光、打磨、沖洗等步驟不再需要。切割邊的強度能通過來自DIN-EN 843-1的標準化四點彎曲測試得到測量。一塊玻璃被固定在兩只滾輪上（見圖4），在玻璃上表面通過另兩個滾輪被用來產生所需的折彎力，在該作用力下玻璃能被分裂為兩部分。該測試被重復大約100次，從而得到合適的關于分割可能性的可靠統計值（見圖5）。 在大多數情況下，激光劃線和切割是大批量加工的選擇。其優勢在于很高的加工速度、高精度，以及簡單的參數設置。然而，在切割許多不同的線條和加工時間足夠的情況下，整體切割是一種更有吸引力的方法，因其具有干式冷卻方式并且沒有附加的切割步驟。在這兩種情況下都會產生高質量的切割邊緣。可見如果采用激光切割玻璃，完全能夠在節省時間的同時，帶來加工質量的提高。 生產中的激光切割 將一項全新且成熟的技術移植到大批量生產線中，用于加工高科技產品并非易事。從客戶的角度來說，在實施之前，該技術必須是一項自動化的、可靠的解決方案，不僅得到了充分證明，而且考慮到了經濟性。實際操作中，創新技術的應用只在兩種情況下有效：新產品的推出需要新的生產手段來實現創新特征或通過減少加工步驟來降低生產成本，或者是現有的生產遇到經濟壓力需要巨大的生產方式改良來緩解。 在平板顯示器行業，激光切割技術的推廣花費了五年時間才在生產線中找到了自己的位置，前提是經歷了數千小時在許多加工線上的應用驗證。現在通常考慮用于存在玻璃破碎危險的新產品的生產，或者在電子行業中用于裝有玻璃的通訊移動產品的制造，或者其他存在包含薄玻璃易碎部件的產品，如傳感器、觸控板或玻璃外殼。 加工通常在潔凈室中進行，正如生化行業一樣，因為這些都是對傳統切割或磨削步驟產生的微粒非常敏感的。例如，覆蓋了DNA代碼（生化條碼）的基底材料或被激光切割成片的材料用于產品測試。對于激光切割技術來說，下一個最具有潛力的應用行業將是太陽能產業和汽車行業。 正如激光技術在金屬加工行業多年來的發展情況一樣，用于玻璃加工的激光切割技術也將繼續發展；該技術將被廣泛應用在不同產品的加工中，替代傳統的手段。然而，傳統的玻璃加工方法在今后還將保持其在大多數玻璃制品加工中的重要地位，一般來說在這些應用中對切割邊緣的加工質量要求不很高。 激光外形切割是一項創新技術，將會在電子、汽車或建筑行業找到一席之地。除了激光切割玻璃之外，還有其他許多激光加工玻璃的手段都處在進一步開發和試驗階段，如鉆孔、倒角，以及涂層去除等。這些工藝要求不同種類的激光，如綠激光。 已經成熟的CO2 激光切割技術被用在加工其他易碎材料，如制造電子行業晶元的陶瓷材料。其他半導體行業常見的材料也都有望成為被激光加工的對象，只要其能通過測試并投入實際的生產當中。 作者是德國MDI SCHOTT Advanced Processing公司的營銷副總裁