[發(fā)明專利]一種采用激光刻劃玻璃加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410670288.3
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN105618936B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭付成;黃秋香;張峻誠;王振華;黃東海;謝建;高云峰
• 申請（專利權(quán)）人: 大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司
• 主分類號: B23K26/364
• 分類號: B23K26/364;B23K26/402;C03C15/00
• 代理公司: 深圳市世聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44385
• 代理人: 汪琳琳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光玻璃加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，特別涉及一種采用激光刻劃實現(xiàn)玻璃切割加工的方法，可以實現(xiàn)多種圖形(不僅僅是直線)及厚度切割。

背景技術(shù)

玻璃，一種無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體，熔融時形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，冷卻過程中粘度逐漸增大并硬化，無固定熔點，其主要成分為二氧化硅，種類繁多，伴隨著摻雜物質(zhì)的不同呈現(xiàn)出不同形態(tài)和特性，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，玻璃現(xiàn)在已經(jīng)普及的應(yīng)用到生活的各個方面，包括建筑，化工，軍事，家庭生活工業(yè)設(shè)計等，與陶瓷材料和有機高分子材料共同組成三大支柱非金屬材料。

隨著玻璃應(yīng)用的普及，對于產(chǎn)品差異化的要求也愈加迫切，這對于玻璃的加工模式和精度要求產(chǎn)生了極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的玻璃加工主要包括熱熔吹拉，模具成型，機械以及化學(xué)處理等方法，近年來，隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)達，對于精度的要求更加苛刻(微米級)，傳統(tǒng)玻璃加工已經(jīng)很難滿足如此高的切割要求，為此發(fā)展更加精細快速的玻璃加工工藝十分必要。

傳統(tǒng)玻璃加工方式(機械加工，超聲波加工，噴砂加工以及化學(xué)腐蝕加工等)存在加工時間長，成品率相對降低，輔助耗材消耗嚴重，存在一定化學(xué)污染以及精度差等缺點。

作為20世紀科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志和現(xiàn)代信息社會光電子技術(shù)的支柱之一，激光技術(shù)和激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到世界范圍內(nèi)的高度重視。激光加工技術(shù)采用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等一系列處理的一門技術(shù)。激光加工作為先進制造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等國民經(jīng)濟重要部門，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。

現(xiàn)今關(guān)于激光玻璃加工的研究主要集中在激光誘導(dǎo)外加機械應(yīng)力共同作用的情況下實現(xiàn)玻璃的切割加工，其中尤以二氧化碳激光器為甚，其原理主要是聚焦的二氧化碳激光器光束作用在玻璃表面，玻璃吸收光束能量產(chǎn)生熱積累，于此同時輔助淬火活著冷卻氣體作用在激光掃描路徑之上，急劇的溫差變化時玻璃內(nèi)部沿著切割方向產(chǎn)生裂紋，后續(xù)采用機械加工方式進行裂開操作，此種工藝具有一定的應(yīng)用市場但是由于切割圖形的單一，具有很大的局限性。

綜上所述，開發(fā)一種快速，高精度無污染，適用范圍廣泛及附屬損耗低的玻璃加工方式很有必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，提供一種采用激光刻劃玻璃加工方法，其方法簡單、良品率高并能滿足高精度低損傷的玻璃切割要求。

為了解決以上提出的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種采用激光刻劃玻璃加工方法，該玻璃加工方法具體步驟如下：

步驟S1：選取合適的激光光束；

步驟S2：對待加工的工件玻璃進行清洗去污，并將其水平放置于三維移動平臺之上，調(diào)節(jié)三維移動平臺的Z軸高度，使得激光光束的焦點位置位于工件玻璃下表面的設(shè)定范圍內(nèi)，該設(shè)定范圍根據(jù)公式(1)確定：

其中，D1為所述設(shè)定范圍，d_f為聚焦后光斑直徑大小，M²為激光光束質(zhì)量因子，k1為修正系數(shù)，其大小介于0.1～0.9之間；

步驟S3：激光光束按照設(shè)定的圖案和路徑對工件玻璃進行刻劃加工，并在工件玻璃的底部形成切割槽體，所述設(shè)定的圖案采用螺旋線或者樣條曲線；

步驟S4：隨著切割槽體深度的增加，根據(jù)公式(2)得到的調(diào)整步距，以及公式(3)得到的步距調(diào)整時間，往復(fù)移動三維移動平臺的Z軸完成工件玻璃的刻劃加工過程；

其中，D2為所述調(diào)整步距，d_f為聚焦后光斑直徑大小，k2為修正系數(shù)，其大小介于0.3～0.7之間；

其中，ΔT為所述步距調(diào)整時間，N為激光光束的刻劃次數(shù)，k3為修正系數(shù)，其大小介于1－10之間，與N成反相關(guān)，n為偏移圈數(shù)，L為每一圈刻劃路徑的周長，v為激光光束的刻劃速度；

步驟S5：對加工完成的工件玻璃進行清洗和測試。

所述步驟S1中，選取激光光束的波長范圍介于255－532nm之間，激光光束的單脈沖能量應(yīng)介于0.1～1mJ之間，激光光束的光斑大小應(yīng)介于20～60um之間，激光光束的激光功率應(yīng)介于5～50W之間。

所述步驟S3中，螺旋線或者樣條曲線組成刻劃區(qū)域的大小介于0.2～1mm之間，偏移量的大小介于(0.3～1.3)d_f之間；設(shè)定的路徑由工件玻璃的底部至頂部。