【中玻網(wǎng)】激光應用于切割和焊接薄金屬板已有30年了，通過(guò)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(lǐng)域大放異彩。其實(shí)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(shí)上，一些公司早在70年代即開(kāi)始發(fā)展成套系統，當時(shí)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(shí)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(chǎng)合中，仍然需要打磨切割邊緣。同時(shí)，當時(shí)CO2激光器的價(jià)格非常昂貴，令人生畏。
　　
　　近來(lái)，一些工程人員和學(xué)者發(fā)現了應用較低功率的激光器使玻璃分離，同時(shí)不對玻璃造成融化等熱影響的玻璃切割方法。這種方法說(shuō)來(lái)復雜，涉及細節技術(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(shí)用。
　　
　　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(guò)聚焦光路在玻璃表面形成橢圓型的聚焦點(diǎn)，橢圓的聚焦焦點(diǎn)保證了激光能量在切割線(xiàn)兩側的均勻的和較優(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(dòng)激光光點(diǎn)形成所需的切割線(xiàn)。選擇合適的移動(dòng)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(xiàn)），同時(shí)又不會(huì )將玻璃融化。
　　
　　激光切割中另一個(gè)關(guān)鍵部件是淬火氣（水）嘴，隨著(zhù)激光光點(diǎn)的移動(dòng)，淬火氣（水）嘴將冷空氣（水）吹到玻璃表面，對受熱區域進(jìn)行快速淬火，玻璃將沿著(zhù)應力非常大的方向產(chǎn)生斷裂，從而將玻璃沿著(zhù)設定的方向分離。
　　
　　需要說(shuō)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(xiàn)的起點(diǎn)劃出微小的起始裂痕。
　　
　　選擇不同的激光功率、光點(diǎn)掃描速度等加工參數，應力引致的斷裂高層度可達100微米到數毫米，意味著(zhù)使用激光法可一步切割高層度為100微米到數毫米的玻璃。
　　
　　因為這個(gè)過(guò)程依賴(lài)于熱致機械應力，斷裂高層度和切割速度與材料本身的膨脹系數很有關(guān)系。一般說(shuō)來(lái)，適用于激光法進(jìn)行切割的玻璃的膨脹系數較小應為3.2x10-6K-1，所幸的是，多數普通玻璃都滿(mǎn)足這個(gè)要求。
　　
　　與傳統的機械切割法相比，這種新的方法有幾個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。首先，這是一步即可完成的、干燥的加工過(guò)程。邊緣光滑整齊，不需要后續的清潔和打磨。并且，激光引致的分離過(guò)程產(chǎn)生高度度、自然回火的邊緣，沒(méi)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。
　　
　　定性地描述在一張1.5毫米厚的玻璃片上三個(gè)不同的切痕之間的動(dòng)態(tài)差異。玻璃切割的邊緣干凈沒(méi)有裂片和裂痕，不需要后續處理工序。因為激光是非接觸工具，沒(méi)有工具的磨損問(wèn)題，從而可保證持續、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(jìn)行切割的邊緣，可以看到沿著(zhù)切割線(xiàn)存在各種殘余張力成份。3（c）是金剛石砂輪切割的結果，可看到很多微小的裂痕，對于許多應用來(lái)說(shuō)，需要打磨切割邊緣。
　　
　　為了定量地評價(jià)邊緣質(zhì)量，根據ISO3274，應使用Stylus輪廓測量?jì)x對激光切割的邊緣進(jìn)行測量。有地位測量顯示，平均粗糙度（Ra）小于0.5微米。邊緣強度因為邊緣質(zhì)量，以及加熱/淬火過(guò)程中的自然回火效應，激光切割的邊緣強度非常高。Jena的Otto-Schott-Insititut研究所根據DIN5230011參數做了單獨的測試，相關(guān)數據已公開(kāi)發(fā)布。采用這種新方法，與機械法加工后又打磨的樣品相比，邊緣強度提高了30%左右。
　　
　　限制切割速度的有3個(gè)因素：玻璃的厚度、材料的熱膨脹系數以及激光器的輸出功率。在這個(gè)測試中，我們使用150W輸出功率的CO2激光器切割a=7.2x10-6、厚度為1.1mm的玻璃，直線(xiàn)切割，速度為500mm/秒。作為比較，硬質(zhì)金屬輪切割同樣厚度同種玻璃的速度可達1500mm/秒。但是，即使是在注重速度的應用中，這種差異也將被激光切割所帶來(lái)的經(jīng)濟性和質(zhì)量?jì)?yōu)勢所彌補。同時(shí)，我們都相信，進(jìn)一步的加工過(guò)程優(yōu)化以及采用更高輸出功率的激光器進(jìn)行切割都會(huì )容易地將加工速度提高2至3倍。
　　
　　因為裂痕是準確地沿著(zhù)激光光束所劃出的痕跡,激光引致的分離可以切劃出非常準確的曲線(xiàn)圖案。
　　
　　事實(shí)上，我們所做的實(shí)驗也證明了無(wú)論直線(xiàn)或是曲線(xiàn)，激光切割都能連續地、準確地完成設定圖案，重復性可達+50μm。所以激光可以進(jìn)行曲線(xiàn)和三維圖形的準確切割。