Essentiële kennis van glaslasersnijtechnologie

Glas is een cruciaal industrieel materiaal dat toepassingen vindt in tal van sectoren van de nationale economie, waaronder de automobiel-, bouw-, gezondheidszorg-, display- en elektronica-industrie. Het gebruik ervan varieert van kleine optische filters zo klein als een paar micron en glazen substraten voor laptop- en tabletschermen tot grootschalige glaspanelen- die worden gebruikt in massaproductiegebieden zoals de automobielsector en de bouw.

Een opvallend kenmerk van glas is de hardheid en broosheid, die aanzienlijke uitdagingen opleveren bij de verwerking. Traditionele glassnijmethoden zijn afhankelijk van gereedschappen van gecementeerd carbide of diamant, die op grote schaal in veel toepassingen worden gebruikt en uit twee hoofdstappen bestaan. Eerst wordt er een scheur in het glasoppervlak gemaakt met behulp van een diamantpunt of een hardmetalen slijpschijf. Ten tweede wordt mechanische kracht uitgeoefend om het glas langs de scheurlijn te splijten.

Deze schrijf- en snijmethode heeft echter verschillende nadelen. Het verwijderen van materiaal leidt tot het ontstaan ​​van vuil, fragmenten en microscheuren, die de sterkte van de snijrand verminderen en een extra reinigingsproces vereisen. Diepe scheuren die door dit proces worden veroorzaakt, staan ​​meestal niet loodrecht op het glasoppervlak, omdat de scheidingslijnen die door mechanische kracht ontstaan, doorgaans niet-verticaal zijn. Bovendien zijn productieverliezen als gevolg van mechanische kracht uitgeoefend op dun glas een andere negatieve factor.

Deze gebreken kunnen worden verholpen door stressvrij glas te gebruiken- en door de armaturen die voor de scheiding worden gebruikt verder te optimaliseren. Niettemin is het onmogelijk om de systematische tegenstelling tussen het realiseren van verticale snijlijnen en het voorkomen van randresten of scheuren volledig te vermijden. De ontwikkeling van lasertechnologie heeft een oplossing geboden voor deze kwaliteitsproblemen.

Laserschrijven en scheiden

In tegenstelling tot traditionele mechanische snijgereedschappen snijdt laserenergie glas op een -contactloze manier. Deze energie verwarmt specifieke delen van het werkstuk tot een vooraf gedefinieerde temperatuur. Het snelle verwarmingsproces wordt onmiddellijk gevolgd door een snelle afkoeling, waardoor verticale spanningszones in het glas ontstaan ​​en er een puin-vrije, scheur- breuk in deze richting ontstaat. Omdat de breuk wordt veroorzaakt door hitte en niet door mechanische krachten, ontstaan ​​er geen vuil of microscheurtjes. Als gevolg hiervan is de sterkte van laser-snijkanten hoger dan die van randen die worden geproduceerd met traditionele kras- en scheidingsmethoden. De noodzaak tot afwerking wordt verminderd of zelfs geheel geëlimineerd. Bovendien kan het optreden van glasfragmenten volledig worden vermeden.

Voor laserkrabben wordt onder invloed van laserstraalverwarming en daaropvolgende afkoeling een lijn van ongeveer 10 mm diep (ongeveer 10% van de glasdikte) op het glasoppervlak geschreven. Het glas kan vervolgens in de aangegeven richting worden gespleten. Omdat deze technologie geen glasfragmenten produceert, worden gebruikelijke bramen en lage snijsterktes aan de snijkanten vermeden en zijn daaropvolgende polijst- en slijpprocessen niet langer nodig. Belangrijker nog is dat glas dat met deze methode wordt verwerkt, tot drie keer breukvaster- is dan glas dat met traditionele methoden wordt gescheiden. Voor glas met een dikte tussen 1 mm en 5 mm is het zelfs mogelijk om het gehele snijproces in één stap te voltooien, waardoor scheiding en daaropvolgende polijst-, slijp- en spoelstappen overbodig worden. De sterkte van de snijkant kan worden gemeten met behulp van de gestandaardiseerde vier-buigtest van DIN-EN 843-1. Een stuk glas wordt op twee rollen bevestigd en twee andere rollen worden op het bovenoppervlak van het glas gebruikt om de vereiste buigkracht te genereren, waaronder het glas in twee delen splitst. Deze test wordt ongeveer 100 keer herhaald om betrouwbare statistische gegevens over de haalbaarheid van scheiding te verkrijgen.

In de meeste gevallen zijn laserschrijven en snijden de voorkeurskeuzes voor massaverwerking. Hun voordelen zijn onder meer een hoge verwerkingssnelheid, hoge precisie en eenvoudige parameterinstellingen. Wanneer er echter veel verschillende lijnen worden gesneden en de verwerkingstijd voldoende is, is volledig snijden een aantrekkelijkere methode vanwege de droge koelmethode en zonder extra snijstappen. In beide gevallen worden snijranden van hoge-kwaliteit bereikt. Het is duidelijk dat het gebruik van lasersnijden voor glas aanzienlijk tijd kan besparen en tegelijkertijd de verwerkingskwaliteit kan verbeteren.

Toepassingen van glaslasersnijtechnologie

Het overbrengen van een nieuwe en volwassen technologie naar massaproductielijnen voor de verwerking van high{0}}techproducten is geen gemakkelijke taak. Vanuit het perspectief van de klant moet de technologie vóór implementatie een geautomatiseerde, betrouwbare oplossing zijn die niet alleen volledig bewezen is, maar ook economisch haalbaar. In de praktijk is de toepassing van innovatieve technologie alleen effectief in twee scenario's: wanneer de lancering van nieuwe producten nieuwe productiemethoden vereist om innovatieve kenmerken te bereiken of de productiekosten te verlagen door de verwerkingsstappen te verminderen, of wanneer de bestaande productie onder economische druk staat en aanzienlijke verbeteringen in de productiemethoden vereist om deze te verlichten.

In de sector van platte beeldschermen duurde het vijf jaar voordat de lasersnijtechnologie zijn plaats veroverde in de productielijnen, na duizenden uren applicatieverificatie op vele verwerkingslijnen. Tegenwoordig wordt het algemeen overwogen voor de productie van nieuwe producten met een risico op glasbreuk, zoals glas-met communicatie- en mobiele producten in de elektronica-industrie, of andere producten met kwetsbare dunne glascomponenten zoals sensoren, touchpads of glazen behuizingen.

De verwerking vindt meestal plaats in cleanrooms, net als in de biochemische industrie, omdat deze velden zeer gevoelig zijn voor deeltjes die vrijkomen bij traditionele snij- of maalstappen. Voor het testen van producten worden bijvoorbeeld substraatmaterialen gebruikt die bedekt zijn met DNA-codes (biochemische barcodes) of door lasers in stukken gesneden materialen. De volgende meest veelbelovende toepassingsindustrieën voor lasersnijtechnologie zullen de zonne-energie- en auto-industrie zijn.

Net zoals de lasertechnologie zich in de metaalverwerkende industrie door de jaren heen heeft ontwikkeld, zal de lasersnijtechnologie voor de glasbewerking zich blijven ontwikkelen; het zal op grote schaal worden gebruikt bij de verwerking van verschillende producten, ter vervanging van traditionele methoden. Traditionele glasverwerkingsmethoden zullen echter nog steeds hun belangrijke positie behouden bij de verwerking van de meeste glasproducten, doorgaans in toepassingen waarbij de kwaliteitseisen voor snijkanten niet erg hoog zijn.

Laservormsnijden is een innovatieve technologie die zijn plaats zal vinden in de elektronica-, automobiel- en bouwsector. Naast het lasersnijden van glas bevinden zich nog vele andere laser-gebaseerde glasverwerkingsmethoden in de verdere ontwikkelings- en testfase, zoals boren, afschuinen en verwijderen van coating. Deze processen vereisen verschillende soorten lasers, zoals groene lasers.