激光切割機在有機玻璃和亞克力材料中的應用

激光切割機用于加工有機玻璃(壓克力)，速度快，精度高，定位準確。可以制作工藝禮品、面板鏡盒、模型玩具、廣告燈箱招牌展示品、包裝盒等。

①切割效果好：不用火拋擲，非常平滑、光亮，無鋸齒紋，可一次性切割20mm壓克力。

②整機性能優異:可連續工作24小時，臺灣原軌，精確耐用。

③切割快速：如用于切割3mm厚的壓克力板。

在過去的30年里，采用激光切割和焊接薄金屬板的方法，對光束進行局部加熱。此法靈活靈活，經濟效益高，在許多工業領域得到廣泛應用。事實上，玻璃的導熱系數要低于金屬，因此激光應該順理成章地應用到玻璃切割中。實際上，一些公司從70年代就開始開發成套系統，當時使用的是千瓦級的CO2激光器。但由于功率大，對玻璃的熱影響不容忽視，局部材料熔化，當時激光切割技術難以保證切割邊緣整齊光滑，在許多應用中仍需磨削切割邊緣。與此同時，CO2激光當時的價格十分昂貴。

激光器引致分離

最近，一些工程師和學者發現，用低能激光將玻璃分離，而不會產生像熔化這樣的熱效應。該方法語言復雜，涉及到很多細節技術，其基本原理就是利用激光引致的應力將玻璃“分離”。這一時期，隨著封閉CO2激光器技術的成熟和發展，激光切割玻璃技術更加經濟、實用。

本研究采用平均輸出功率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形聚焦點，確保激光能量在切割線兩側均勻地分布。在玻璃吸收10.6微米激光之后，幾乎所有的能量都被玻璃表面15微米的吸收層所吸收，與通過激光在玻璃表面上形成的切割線相比。選用適當的運動速度，確保有足夠的激光熱量在玻璃表面形成局部應力分布(設定好的切割線)，防止玻璃熔化。

在激光切割過程中，淬火氣體(水)噴嘴是淬火氣體(水)噴嘴。隨著激光點的移動，淬火氣體(水)噴嘴將冷空氣(水)吹到玻璃表面，使冷空氣(水)與其最大方向斷裂，從而使玻璃沿設定方向分離。

要指出的是，要引起玻璃破裂，首先要用機械的方法在切割線起點上劃破微小的開始裂縫。

選擇激光功率、光點掃描速度等加工參數，應力引起的斷裂深度可達100微米至數毫米，即采用激光方法，可逐步切割100微米至數毫米玻璃。

由于這一過程取決于熱力學應力，其斷裂深度和切割速度與材料本身的膨脹系數密切相關。一般來說，適合激光切割的玻璃，其膨脹系數最低應為3.2x10-6K-1，所幸的是，大多數普通玻璃能滿足這一要求。

成果與應用

這種新方法比傳統的機械切割方法具有一些顯著的優勢。第一，此工藝可一步完成，干燥加工。邊沿平滑、整齊，不需要后續清洗和打磨。而且，激光引致的分離過程產生高強、自然回火邊緣，無微小裂紋。采用該方法，避免了不可預測的裂紋、殘裂，降低了次品率，提高了產量。

邊緣質量

定性分析了三種不同切痕在1.5毫米厚的玻璃薄片上的動態差異。切邊干凈，無裂縫，無裂縫，無后續加工程序。由于激光是無觸點的工具，不存在刀具磨損問題，因此可以保證連續、均勻的切割厚度和邊緣質量。與此相比，3(b)顯示了用金屬輪切邊的情況，可以看到沿切割線有多種殘余張力成分。3(c)是金剛石砂輪切割的結果，在許多應用中，可以看到許多微小的裂縫，需要用磨光切割邊緣。

為定量評價邊緣質量，應按照ISO3274的要求，使用Stylus輪廓儀測量激光切割邊緣。官方測試表明，平均粗糙度(Ra)小于0.5微米。

邊界強度

由于邊緣質量好，并且在加熱/淬火過程中產生自然回火作用，激光切割邊緣強度很高。Jena的Otto-Schott-Insititut研究所對DIN5230011參數進行了獨立測試，相關數據已經公布。使用該方法，與機械加工后的試樣相比，磨邊強度提高了約30%。

厚度和切割速度

影響切割速度的因素有3個：玻璃厚度、材料熱膨脹系數(見圖2)、激光輸出功率。本實驗采用CO2激光，輸出功率150W，切割a=7.2x10-6，玻璃厚度1.1毫米，直線切割，速度500毫米/秒。相比之下，同樣厚度的玻璃用同樣的硬金屬輪切割，速度可達1500毫米/秒。然而，即使在注重速度的應用中，激光切割帶來的經濟和質量優勢也可以彌補這一差異。我們都相信，進一步優化加工工藝和采用較大輸出功率的激光切割，可以使加工速度提高2-3倍。

彎曲切割

由于裂紋是在激光光束上精確劃出的痕跡，激光引致分離可以切割出非常精確的曲線圖案。實際上，我們所做的實驗也證明，激光切割可以在直線或曲線的情況下實現連續、精確的設定模式，重復性可達+50μm。這樣就能實現對曲線和三維圖形的精確切割。

申請。

激光分離技術將取代許多玻璃切割應用中的機械方法。近年來，激光切割在以下三個應用領域顯示出了很強的技術優勢：CRTS，平板顯示，汽車風擋玻璃等切割。

一些應用要求玻璃進行特殊后續處理，例如，某些安全玻璃元件需經溫度硬化處理，以及大多數硅涂層的平板顯示元件必須經過溫度退火等。這種特殊的后處理方法與激光引起的分離方法相匹配。我們切割了100塊4毫米厚的玻璃，在特殊的熱處理過程中沒有損壞。