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    [分享]有機玻璃的激光切割技術(shù)分析 [復制鏈接]

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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2009-01-03
    激光加工有機玻璃的激光機切割速度快、精度高,定位準確。可生產(chǎn)工藝禮品、面板鏡片機箱、模型玩具、廣告燈箱招牌展示用品、包裝盒等。 [,AFtg[  
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    ①切割效果好:切口不用火拋,非常光滑、光亮,沒有鋸齒紋,可一次性切割壓克力厚度20mm u0&R*YV  
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    ②激光管質(zhì)量好、壽命長:國產(chǎn)機中最好的激光管,不但性能穩(wěn)定,壽命也很長(約8~14個月),功率85W,包用半年 :p/=KI_  
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    ③整機性能卓越:可每天24小時連續(xù)不停機工作,臺灣原裝導軌,精確耐用 `mz}D76~#  
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    ④切割速度快:如用于切割3mm厚度的壓克力板材 /g{*px|  
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    激光應用于切割和焊接薄金屬板已有30年了,通過聚焦光束局部地加熱材料。這種方法靈活性好,經(jīng)濟效益高,在很多工業(yè)應用領域大放異彩。其實玻璃有比金屬更低的熱傳導,所以激光應該可以順理成章地應用于玻璃的切割。事實上,一些公司早在70年代即開始發(fā)展成套系統(tǒng),當時使用的是千瓦輸出功率水平的CO2激光器。但是,因為功率水平高,對玻璃造成不容忽視的熱影響,以致融化局部材料,所以當時的激光切割技術(shù)難以保證整齊、平滑的切割邊緣,在許多應用場合中,仍然需要打磨切割邊緣。同時,當時CO2激光器的價格非常昂貴,令人生畏。 K $- *  
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    激光引致分離 X1.-C@o  
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    近來,一些工程人員和學者發(fā)現(xiàn)了應用較低功率的激光器使玻璃分離,同時不對玻璃造成融化等熱影響的玻璃切割方法。這種方法說來復雜,涉及細節(jié)技術(shù)很多,其基本原理是利用激光引致的應力使玻璃"分離"。期間,得益于封離型CO2激光器技術(shù)的發(fā)展和成熟,激光切割玻璃技術(shù)更顯得經(jīng)濟、實用。 M11\Di1  
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    在我們的研究中,使用平均輸出功率為150W的CO2激光器(Coherent公司的K-150型),通過聚焦光路在玻璃表面形成橢圓型的聚焦點,橢圓的聚焦焦點保證了激光能量在切割線兩側(cè)的均勻的和最優(yōu)化的分布。玻璃強烈地吸收10.6微米的激光,所以幾乎所有的激光能量都被玻璃表面15微米吸收層所吸收,相對玻璃表面移動激光光點形成所需的切割線。選擇合適的移動速度,保證既有足夠的激光熱量在玻璃上形成局部的應力紋樣分布(設定的切割線),同時又不會將玻璃融化。 O~V^]   
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    激光切割中另一個關(guān)鍵部件是淬火氣(水)嘴,隨著激光光點的移動,淬火氣(水)嘴將冷空氣(水)吹到玻璃表面,對受熱區(qū)域進行快速淬火,玻璃將沿著應力最大的方向產(chǎn)生斷裂,從而將玻璃沿著設定的方向分離。 B.5+!z&7  
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    需要說明的是,為了引發(fā)玻璃產(chǎn)生斷裂,需要首先用機械法在切割線的起點劃出微小的起始裂痕。 }? / Blr  
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    選擇不同的激光功率、光點掃描速度等加工參數(shù),應力引致的斷裂深度可達100微米到數(shù)毫米,意味著使用激光法可一步切割深度為100微米到數(shù)毫米的玻璃。 VtLRl0/  
    p-.kBF  
    因為這個過程依賴于熱致機械應力,斷裂深度和切割速度與材料本身的膨脹系數(shù)很有關(guān)系。一般說來,適用于激光法進行切割的玻璃的膨脹系數(shù)最小應為3.2x10-6K-1,所幸的是,多數(shù)普通玻璃都滿足這個要求。 QvZ"{  
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    與傳統(tǒng)的機械切割法相比,這種新的方法有幾個重要的優(yōu)點。首先,這是一步即可完成的、干燥的加工過程。邊緣光滑整齊,不需要后續(xù)的清潔和打磨。并且,激光引致的分離過程產(chǎn)生高強度、自然回火的邊緣,沒有微小裂痕。使用這種方法,避免了不可預料的裂痕和殘破,降低了次品率,提高了產(chǎn)量。 @`L ;_S+  
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    邊緣質(zhì)量 /ZV2f3;t  
    Pq [_(Nt  
    定性地描述在一張1.5毫米厚的玻璃片上三個不同的切痕之間的動態(tài)差異。玻璃切割的邊緣干凈沒有裂片和裂痕,不需要后續(xù)處理工序。因為激光是非接觸工具,沒有工具的磨損問題,從而可保證持續(xù)、均勻的切割厚度和邊緣質(zhì)量。作為比較,3(b)顯示了使用金屬輪進行切割的邊緣,可以看到沿著切割線存在各種殘余張力成份。3(c)是金剛石砂輪切割的結(jié)果,可看到很多微小的裂痕,對于許多應用來說,需要打磨切割邊緣。 3(V0,L'1  
    ZDmL?mC  
    為了定量地評價邊緣質(zhì)量,根據(jù)ISO3274,應使用Stylus輪廓測量儀對激光切割的邊緣進行測量。權(quán)威測量顯示,平均粗糙度(Ra)小于0.5微米。 $ uTrM8  
    P".}Y[GD  
    邊緣強度 UV