Aktueller Hintergrund der Glasbohrverarbeitung
Glas hat eine gute Transparenz und chemische Stabilität und wird im Leben häufig verwendet. In den Bereichen Spezialglas wie Medizin, Chemie, Photovoltaik usw. steigt mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie auch die Nachfrage von Jahr zu Jahr. Im Folgenden sind einige gängige Glasklassifizierungen und ihre Verarbeitungseigenschaften aufgeführt:
1. Kalknatronglas, ultraweißes Glas und K9-Glas
● Kalk-Natron-Glas (normales Glas)
● Ultraweißes Glas (eisenarmes Glas)
● K9-Glas
Diese Glasart weist eine gute Zähigkeit und Härte auf und eignet sich zum Bohren von Löchern mit einer Dicke von 0-20mm.
2. Borosilikatglas und Quarzglas
● Borosilikatglas mit hohem Gehalt: hervorragende Lichtdurchlässigkeit und extrem niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient.
● Quarzglas: wird häufig in optischen Linsen verwendet und hat eine extrem hohe Härte.
Bei der Bearbeitung dieser Art von Glas wird üblicherweise die Methode der thermischen Ausdehnung und Kontraktion oder die Laserspaltmethode verwendet. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Lasertechnologie ist das Laserbohren von Glas allmählich zu einer neuen Bearbeitungsoption geworden. Für die Bearbeitung von Glas mit hoher Härte ist ein Laser mit hoher Spitzenleistung erforderlich.
3. Gehärtetes Glas
Gehärtetes Glas ist ein vorgespanntes Glas, das durch chemische oder physikalische Methoden Druckspannungen auf der Oberfläche erzeugt und dadurch die Festigkeit und Tragfähigkeit des Glases verbessert. Seine Winddruckbeständigkeit, Kälte- und Hitzebeständigkeit sowie Schlagfestigkeit werden verbessert. Gehärtetes Glas kann jedoch nach der Verarbeitung nicht geschnitten werden. Wenn gehärtetes Glas zerbricht, sind die Fragmente wabenförmige, stumpfwinklige Partikel, was den Schaden für den menschlichen Körper verringert.
Verschiedene Glasarten haben in unterschiedlichen Anwendungsszenarien ihre eigenen Vorteile und Verarbeitungsanforderungen. Die Wahl der richtigen Verarbeitungsmethode und der richtigen Werkzeuge ist der Schlüssel zur Gewährleistung der Verarbeitungsqualität.
Vorteile des Laser-Glasbohrens
Das Glasbohren ist ein Schlüsselelement in der Glasherstellung und der Tiefverarbeitung, und seine Bedeutung ist offensichtlich. Derzeit umfassen traditionelle Glasschneideverfahren hauptsächlich CNC-Werkzeugschneiden und CNC-Wasserstrahlschneiden. Für kleine Unternehmen oder Unternehmen mit begrenztem Budget sind diese beiden traditionellen Schneideverfahren aufgrund der hohen Kosten schwer zu fördern und anzuwenden.
Beim Laserglasbohren handelt es sich um eine berührungslose Bearbeitung, bei der ein fokussierter Laserstrahl mit hoher Energiedichte das Glas schmilzt oder sogar verdampft. Der Laser nutzt die Lichtdurchlässigkeit des Glases, um sich auf die unterste Schicht des Glases zu konzentrieren, und scannt mit hoher Geschwindigkeit durch ein 2,5-D-Galvanometer, um das Glas Schicht für Schicht von unten nach oben zu entfernen. Dabei können unterschiedliche Dicken und Glasarten bearbeitet werden. Neben den anfänglichen Kosten verursacht das Laserschneiden von Glas keine weiteren Verbrauchskosten und ist nach und nach zu einer wichtigen Wahl für die Glasverarbeitungsindustrie geworden.
Dieses Mal wurde für Experimente der JPT YDFLP-M8-200-SW-V2-Laser mit einem 2,5D-Galvanometer und einem dreidimensionalen Schneidesoftware- und -hardwaresystem verwendet, mit dem herkömmliche runde Löcher oder speziell geformte Glaslöcher gestanzt und geschnitten werden können. Im Vergleich zum herkömmlichen mechanischen Bohren weist dieses System eine hohe Verarbeitungseffizienz, niedrige Wartungskosten und geringe thermische Auswirkungen auf.
01 Einfluss der Laserparameter auf das Glasbohren
① Einfluss der Pulsbreite auf das Glasbohren
Das Folgende ist ein Bohrexperiment mit ultraweißem Glas. Der Durchmesser des Kreises beträgt 10 mm und die Dicke 3 mm. Die Grenzfrequenzen, die dem 6-ns-Modus, dem 9-ns-Modus und dem 12-ns-Modus entsprechen, werden verwendet, um die Auswirkung der Impulsbreite auf das Glasschneiden zu testen.
Durch Experimente können wir feststellen, dass die Durchschnitts- und Maximalwerte des Kantenkollapses bei 9 ns am besten sind, gefolgt von 6 ns, das ebenfalls eine gute Kantenkollapsleistung aufweist. Die Durchschnitts- und Maximalwerte des Kantenkollapses bei 12 ns sind etwas größer. Der Grund dafür ist, dass Wärmestau den Kantenkollaps bei 12 ns verursacht. Die entsprechende Einzelimpulsenergie und Spitzenleistung haben einen wichtigen Einfluss auf die Kontrolle des Kantenkollapses. Eine höhere Einzelimpulsenergie und höhere Spitzenleistung bei gleicher Impulsbreite haben bessere Verarbeitungseffekte.
②Der Einfluss der Wiederholungsfrequenz auf das Glasbohren
Durch Experimente kann festgestellt werden, dass die Verarbeitungseffizienz am höchsten ist, wenn die Wiederholungsfrequenz die Grenzfrequenz ist, die Verarbeitungszeit verkürzt wird, um die Wärmeansammlung zu verringern, und die Randabsplitterung im Vergleich zu 90 % und 110 % am geringsten ist. Wenn die Frequenz unter der Grenzfrequenz liegt, ist die durchschnittliche Ausgangsleistung niedrig, was zu einer geringen Effizienz führt. Wenn die Frequenz über der Grenzfrequenz liegt, nehmen die Einzelimpulsenergie und die Spitzenleistung ab, was zu einer geringen Effizienz führt.
③ Der Einfluss der Leistung auf das Glasbohren
Die Leistung des Lasers beeinflusst die Effizienz und die Verarbeitungszeit. Um den signifikanten Einfluss der Laserleistung auf die Effizienz weiter zu untersuchen, werden im Experiment dieselben Parameter verwendet, nur der Leistungsprozentsatz wird geändert. Die Parameter werden als 9-ns-Modus mit 280-k-Frequenz ausgewählt und der Leistungsprozentsatz auf 70 %, 80 % und 90 % eingestellt. Die Effizienz beim Bohren eines Lochs mit 10 mm Durchmesser in 3 mm dickes Weißglas wird getestet.
Durch Experimente kann festgestellt werden, dass mit zunehmender Durchschnittsleistung die Spitzenleistung des Lasers zunimmt und die zum Bohren von Löchern gleicher Dicke und gleichen Durchmessers erforderliche Zeit abnimmt.
02 Experiment mit Laser-Sonderformbohren
Der Laser gibt den Laserstrahl aus, und der Galvanometermotor realisiert die Hochgeschwindigkeitsbewegung des Laserstrahls durch Hochgeschwindigkeitsbewegung und fokussiert ihn dann durch die F-Theta-Linse in den Arbeitsbereich. Diese Verarbeitungsmethode ist bequem, steuerbar und einstellbar und bietet eine wettbewerbsfähige Lösung für die automatisierte Verarbeitung und integrierte Integration von Geräten.
03 Experiment zum Bohren von Glas unterschiedlicher Dicke
In der Glasbohrindustrie sind Effizienzsteigerung und Kostensenkung gängige Ziele. Die Lösung der Schwachstellen und Schwierigkeiten der Branche ist das unermüdliche Entwicklungsziel von Jept. Eine höhere Einzelimpulsenergie und eine höhere Spitzenleistung verbessern die Verarbeitungseffizienz erheblich.
04 Laser der JPT M8-Serie
Laser der JPT M8-Serie verwenden eine MOPA-Struktur (Master Oscillator Power Amplifier). Seit der Markteinführung im Jahr 2021 wurden mehrere Iterationen, Upgrades und Optimierungen durchgeführt und Laser mit unterschiedlichen Leistungsstufen für unterschiedliche Anwendungen entwickelt. Laser mittlerer und niedriger Leistung (z. B. 20 Watt und 50 Watt) eignen sich für die Oberflächenbehandlung und das Ätzen wärmeempfindlicher Materialien. Laser mittlerer und hoher Leistung (100 Watt bis 300 Watt) eignen sich gut für hocheffiziente und anspruchsvolle Anwendungen wie Tiefschneiden, Tiefengravieren und Glasmattieren.
Während die unabhängig einstellbare Pulsfrequenzfunktion der JPT M7-Serie beibehalten wurde, lag der Schwerpunkt bei der M8-Serie auf der Optimierung der Pulsspitzenleistung und der Strahlqualität. Diese Serie kann auch unter Hochleistungsarbeitsbedingungen mit einer Spitzenleistung von bis zu 300 kW eine hervorragende Strahlqualität aufrechterhalten. Die effizienten Laser der M8-Serie haben eine neue und effiziente Verarbeitungsmethode in den Bereich der industriellen Automatisierungsverarbeitung gebracht.
05 Anwendung komplexer Materialeigenschaften
Aufgrund der Eigenschaften des Hochspitzenlasers der M8-Serie können einige Effekte erzielt werden, die mit herkömmlichen Infrarotfaserlasern nicht erreicht werden können, wie z. B. das Markieren von Kunststoffen. Es gibt viele gängige Kunststoffarten. Normalerweise gelten 1064 nm-Infrarotfaserlaser als ungeeignet zum Markieren von Kunststoffmaterialien. Üblicherweise werden UV-Feststofflaser oder CO2-Laser verwendet. Die geringen Wärmeeigenschaften von Hochspitzenlasern machen dieses Markieren jedoch möglich.
Im Vergleich zu den verschiedenen Problemen, die bei der herkömmlichen Kontaktverarbeitung auftreten, bietet die berührungslose Verarbeitungsmethode mit Hochspitzen- und Hochleistungslasern erhebliche Vorteile. Obwohl die anfängliche Investition höher ist, ist die nachfolgende Verarbeitung stabiler und erfordert weniger laufende Investitionen. Bei Verarbeitungsanwendungen mit komplexen Materialeigenschaften und physikalischen Eigenschaften kann der Hochspitzenlaser der JPT M8-Serie den Prozess dank seiner hervorragenden Strahlqualität und der anpassbaren Parameterauswahl problemlos bewältigen und mit hoher Qualität abschließen.
