激光切割机在有机玻璃和亚克力材料中的应用

激光切割机用于加工有机玻璃(压克力)，速度快，精度高，定位准确。可以制作工艺礼品、面板镜盒、模型玩具、广告灯箱招牌展示品、包装盒等。

①切割效果好：不用火抛掷，非常平滑、光亮，无锯齿纹，可一次性切割20mm压克力。

②整机性能优异:可连续工作24小时，台湾原轨，精确耐用。

③切割快速：如用于切割3mm厚的压克力板。

在过去的30年里，采用激光切割和焊接薄金属板的方法，对光束进行局部加热。此法灵活灵活，经济效益高，在许多工业领域得到广泛应用。事实上，玻璃的导热系数要低于金属，因此激光应该顺理成章地应用到玻璃切割中。实际上，一些公司从70年代就开始开发成套系统，当时使用的是千瓦级的CO2激光器。但由于功率大，对玻璃的热影响不容忽视，局部材料熔化，当时激光切割技术难以保证切割边缘整齐光滑，在许多应用中仍需磨削切割边缘。与此同时，CO2激光当时的价格十分昂贵。

激光器引致分离

最近，一些工程师和学者发现，用低能激光将玻璃分离，而不会产生像熔化这样的热效应。该方法语言复杂，涉及到很多细节技术，其基本原理就是利用激光引致的应力将玻璃“分离”。这一时期，随着封闭CO2激光器技术的成熟和发展，激光切割玻璃技术更加经济、实用。

本研究采用平均输出功率150W的CO2激光器(Coherent公司的K-150型)，通过聚焦光路在玻璃表面形成椭圆形聚焦点，确保激光能量在切割线两侧均匀地分布。在玻璃吸收10.6微米激光之后，几乎所有的能量都被玻璃表面15微米的吸收层所吸收，与通过激光在玻璃表面上形成的切割线相比。选用适当的运动速度，确保有足够的激光热量在玻璃表面形成局部应力分布(设定好的切割线)，防止玻璃熔化。

在激光切割过程中，淬火气体(水)喷嘴是淬火气体(水)喷嘴。随着激光点的移动，淬火气体(水)喷嘴将冷空气(水)吹到玻璃表面，使冷空气(水)与其最大方向断裂，从而使玻璃沿设定方向分离。

要指出的是，要引起玻璃破裂，首先要用机械的方法在切割线起点上划破微小的开始裂缝。

选择激光功率、光点扫描速度等加工参数，应力引起的断裂深度可达100微米至数毫米，即采用激光方法，可逐步切割100微米至数毫米玻璃。

由于这一过程取决于热力学应力，其断裂深度和切割速度与材料本身的膨胀系数密切相关。一般来说，适合激光切割的玻璃，其膨胀系数最低应为3.2x10-6K-1，所幸的是，大多数普通玻璃能满足这一要求。

成果与应用

这种新方法比传统的机械切割方法具有一些显著的优势。第一，此工艺可一步完成，干燥加工。边沿平滑、整齐，不需要后续清洗和打磨。而且，激光引致的分离过程产生高强、自然回火边缘，无微小裂纹。采用该方法，避免了不可预测的裂纹、残裂，降低了次品率，提高了产量。

边缘质量

定性分析了三种不同切痕在1.5毫米厚的玻璃薄片上的动态差异。切边干净，无裂缝，无裂缝，无后续加工程序。由于激光是无触点的工具，不存在刀具磨损问题，因此可以保证连续、均匀的切割厚度和边缘质量。与此相比，3(b)显示了用金属轮切边的情况，可以看到沿切割线有多种残余张力成分。3(c)是金刚石砂轮切割的结果，在许多应用中，可以看到许多微小的裂缝，需要用磨光切割边缘。

为定量评价边缘质量，应按照ISO3274的要求，使用Stylus轮廓仪测量激光切割边缘。官方测试表明，平均粗糙度(Ra)小于0.5微米。

边界强度

由于边缘质量好，并且在加热/淬火过程中产生自然回火作用，激光切割边缘强度很高。Jena的Otto-Schott-Insititut研究所对DIN5230011参数进行了独立测试，相关数据已经公布。使用该方法，与机械加工后的试样相比，磨边强度提高了约30%。

厚度和切割速度

影响切割速度的因素有3个：玻璃厚度、材料热膨胀系数(见图2)、激光输出功率。本实验采用CO2激光，输出功率150W，切割a=7.2x10-6，玻璃厚度1.1毫米，直线切割，速度500毫米/秒。相比之下，同样厚度的玻璃用同样的硬金属轮切割，速度可达1500毫米/秒。然而，即使在注重速度的应用中，激光切割带来的经济和质量优势也可以弥补这一差异。我们都相信，进一步优化加工工艺和采用较大输出功率的激光切割，可以使加工速度提高2-3倍。

弯曲切割

由于裂纹是在激光光束上精确划出的痕迹，激光引致分离可以切割出非常精确的曲线图案。实际上，我们所做的实验也证明，激光切割可以在直线或曲线的情况下实现连续、精确的设定模式，重复性可达+50μm。这样就能实现对曲线和三维图形的精确切割。

申请。

激光分离技术将取代许多玻璃切割应用中的机械方法。近年来，激光切割在以下三个应用领域显示出了很强的技术优势：CRTS，平板显示，汽车风挡玻璃等切割。

一些应用要求玻璃进行特殊后续处理，例如，某些安全玻璃元件需经温度硬化处理，以及大多数硅涂层的平板显示元件必须经过温度退火等。这种特殊的后处理方法与激光引起的分离方法相匹配。我们切割了100块4毫米厚的玻璃，在特殊的热处理过程中没有损坏。