位于德國(guó)茨維塞爾的IPRO Tec公司，是一家植根于玻璃行業(yè)并向市場(chǎng)供應(yīng)玻璃生產(chǎn)制造自動(dòng)化設(shè)備的企業(yè)。在玻璃制造設(shè)備開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和制造行業(yè)，公司與Schott Zwiesel以及其他自動(dòng)玻璃高腳杯制造企業(yè)有著30多年的合作經(jīng)驗(yàn)，目前已經(jīng)成為了世界知名酒店和美食界高腳杯的領(lǐng)導(dǎo)者。

在玻璃制品的日常生產(chǎn)線上，從鋼化顯示玻璃到中空玻璃器皿，創(chuàng)新的激光工藝創(chuàng)造了一種分離多余玻璃的革命性工藝。借助Coherent相干公司的激光工藝系統(tǒng)SmartCleave，得以讓IPRO Tec公司的玻璃生產(chǎn)設(shè)備滿足全球不同用戶的認(rèn)可。

玻璃切割的現(xiàn)狀

目前，用于玻璃切割的激光技術(shù)有多種。非接觸式的激光切割可以最大程度避免了細(xì)微裂紋和碎屑的產(chǎn)生。另外，激光切割在玻璃中的殘余應(yīng)力極小，因而切割邊緣的強(qiáng)度更高。如果殘余應(yīng)力太大，那么即使在玻璃板中心施力，也會(huì)導(dǎo)致玻璃邊緣發(fā)生破裂。因此，與采用機(jī)械法切割的玻璃相比，激光切割的玻璃更能承受外力。
由于很少需要后續(xù)清潔或打磨，因此激光切割可以簡(jiǎn)化工藝流程。盡管激光切割設(shè)備的成本投入比機(jī)械設(shè)備高，但由于不需要額外配備打磨機(jī)，所以激光切割機(jī)的總投資要比機(jī)械加工系統(tǒng)低。另外，激光切割比機(jī)械切割更環(huán)保，耗用的水資源也更少。同時(shí)，有些激光切割工藝支持玻璃曲線切割。如今市場(chǎng)對(duì)曲線切割的需求量越來(lái)越大，尤其在手機(jī)制造行業(yè)，制造商們希望生產(chǎn)幾何形狀更復(fù)雜的屏幕，包括在材料上打孔以容納按鍵、控制鍵、LED和相機(jī)鏡頭。

玻璃酒杯的挑戰(zhàn)

玻璃杯制造商通過(guò)將一滴熔融玻璃制成具有所需最終形狀的“碗”來(lái)生產(chǎn)高腳杯形酒杯，然后將空氣吹入液滴使其膨脹，直到填滿整個(gè)形狀。玻璃冷卻成后就能形成所需的空心碗形狀，但頂部仍然留有一個(gè)“帽”。這個(gè)像帽子一樣的東西，在玻璃生產(chǎn)后道工序中會(huì)被切除。

因?yàn)椴ＡЬ票谋谑秋嬀普咦齑浇佑|玻璃的地方。因此，在玻璃酒杯制成后仍須采用各種后研磨、拋光和清潔步驟以平滑玻璃杯口邊緣，使其達(dá)到出廠要求。所有這些后處理步驟，都會(huì)對(duì)企業(yè)造成成本、可重復(fù)性和產(chǎn)量產(chǎn)生等影響。

“成絲”（Filamentation）是玻璃切割的一種方法，即通過(guò)特定形式的內(nèi)部變形來(lái)實(shí)現(xiàn)。要想實(shí)現(xiàn)成絲，同樣需要利用由超快激光器聚焦光束提供的超高功率密度。在這個(gè)過(guò)程中，受非線性克爾光學(xué)效應(yīng)影響，超高密度的激光光束會(huì)產(chǎn)生自聚焦現(xiàn)象。這種自聚焦會(huì)進(jìn)一步提高功率密度，直到達(dá)到某一閾值后在材料中產(chǎn)生低密度等離子體。

這種等離子體會(huì)降低材料在光束路徑中間的折射率，并會(huì)造成光束散焦。通過(guò)適當(dāng)配置光束聚焦光學(xué)部件，可以讓這種聚焦/散焦效應(yīng)達(dá)到平衡，從而實(shí)現(xiàn)周期性重復(fù)并在光學(xué)透明材料中形成長(zhǎng)達(dá)數(shù)毫米、較為穩(wěn)定的光絲。這種光絲的直徑通常在0.5μm-1μm之間。

Coherent相干公司的解決方案

自從與Coherent相干公司達(dá)成合作后，IPRO Tec公司在其出廠的玻璃制品生產(chǎn)設(shè)備上就嵌入了SmartCleave玻璃切割系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含單個(gè)HyperRapid NX激光器，平均輸出功率為50W，波長(zhǎng)為1064nm。激光器系統(tǒng)包括多個(gè)光學(xué)元件、控制電子器件和溫控系統(tǒng)。

該工藝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高速切割直線、曲線和插圖，可切割厚度50μm-10mm的透明和脆性材料（包括曲線切割、自由形式切割和內(nèi)嵌切割），并且無(wú)錐度產(chǎn)生。更重要的是，SmartCleave工藝技術(shù)為用戶提供了光滑的切割表面，粗糙度（Ra）小于1μm，邊緣小片尺寸小于5μm。SmartCleave切割還可產(chǎn)生明顯優(yōu)于機(jī)械加工的最終彎曲強(qiáng)度。

根據(jù)參數(shù)顯示，搭載SmartCleave設(shè)備的切割速度最快可以達(dá)到300mm/s，每分鐘最多可加工50件玻璃制品。更重要的是，在SmartCleave工藝支持下，消除了早期玻璃切割時(shí)所必須經(jīng)過(guò)的研磨、清洗和干燥步驟，以及能耗、時(shí)間、成本和負(fù)面的環(huán)境影響。而且，該系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際使用中證明了可靠性，可以滿足玻璃杯制造商24小時(shí)不間斷操作需求。

正如IPRO Tec公司銷售和項(xiàng)目經(jīng)理Tobias Bredl所說(shuō)的那樣，“選擇相干公司作為供應(yīng)商的一個(gè)主要原因是，他們已經(jīng)準(zhǔn)備好與我們合作開(kāi)發(fā)流程和技術(shù)。”自從Coherent相干公司于2016年收購(gòu)Rofin以來(lái)，SmartCleave技術(shù)現(xiàn)已融入公司的工業(yè)超快激光器系列。這些產(chǎn)品提供了輸出功率、可靠性和操作靈活性的獨(dú)特組合，包括支持突發(fā)模式和按需脈沖操作。因此，在特定應(yīng)用環(huán)境中有效實(shí)施成絲切割的能力，達(dá)到讓客戶滿意的效果。

實(shí)踐證明，激光玻璃切割在廣泛的應(yīng)用環(huán)境中逐漸成為傳統(tǒng)工藝技術(shù)的替代解決方案。一般來(lái)說(shuō)，在機(jī)械玻璃切割不能提供所需的質(zhì)量和特征且需要大量后期處理而讓整體制造成本過(guò)于昂貴時(shí)，激光器的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)了出來(lái)。