CN103586588B - 切割蓝宝石玻璃的光纤激光设备及切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种切割蓝宝石玻璃的光纤激光设备及切割方法，光纤激光设备是在激光器发射出口处设有一个切割咀的单模、连续脉冲光纤激光器；切割方法包括以下步骤：（1）将表面涂覆吸收剂的蓝宝石玻璃摆放在冶具上，根据蓝宝石玻璃的厚度调试切割头的高度；（2）调试切割气体的压力；（3）调试设备的聚焦高度，速度，脉宽，功率；（4）将单模、连续脉冲的激光束高倍聚焦，垂直入射到待加工的蓝宝石玻璃样品的表面；（5）切割蓝宝石玻璃。本发明的切割方法可大大减少加工产品的缺陷，降低加工费用；生产的蓝宝石电气性能高，耐磨，不需要贴膜和其他涂层。

Description

切割蓝宝石玻璃的光纤激光设备及切割方法
技术领域
本发明属于激光设备切割玻璃的领域，更具体地说，是涉及一种切割蓝宝石玻璃的光纤激光设备及切割方法。
背景技术
蓝宝石玻璃具有耐划伤、擦伤、耐腐蚀的特点，很早就被安装在世界级名牌手表上。与其他玻璃相比的优点也早已被很多人了解，但是由于材料本身的价格以及加工上的难度，使得它一直以来无法被广泛应用。目前，蓝宝石玻璃的材料成本从普通玻璃的三十倍已下降到十倍以内，如果加工制作难度也能有所突破就可以将加工费也大大的降低，蓝宝石玻璃的普遍被应用的日子就为时不远了。
近些年，激光技术有了很大的进步，在对玻璃的切割、打孔等常规加工都有了突破，但是激光加工也有局限性，例如一类激光只能加工单一物质的限制。众所周知，光纤激光设备就是加工不锈钢材料的，也可以加工一些类似的黑色金属材料，但效果不一。本发明从光纤激光设备的功率、频率、速度、辅助气体、专用吸收剂等几个方面入手实现对蓝宝石玻璃的切割和打孔。
发明内容
本发明所解决的技术问题是：针对现在的蓝宝石玻璃的加工费用高的问题，从光纤激光设备的改装、设备的参数调试、专用吸收剂等方面入手，降低蓝宝石玻璃的加工费用，实现蓝宝石玻璃的广泛应用。
本发明提供一种切割蓝宝石玻璃的光纤激光设备，所述设备是单模、连续脉冲光纤激光器。
所述激光器发射出口处设有一个切割咀。
所述切割咀采用的是吸、吹一体的设计，中间吹气，周围吸气，使切割咀与蓝宝石玻璃的表面产生一层负压的空间，切割时会减小蓝宝石玻璃表面受压力气体的冲击力。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种光纤激光设备切割蓝宝石玻璃的的方法，包括以下步骤：
（1）将表面涂覆吸收剂的蓝宝石玻璃摆放在冶具上，根据蓝宝石玻璃的厚度调试切割头的高度；
（2）调试切割气体的压力为0.8-1.2MPa；
（3）调试设备的聚焦高度10000-15000step，速度2-4mm/s，脉宽40-60us，功率25-80W；
（4）将波长范围1065um-1078um、单模、连续脉冲的激光束高倍聚焦，使光束的直径聚集为0.015mm-0.03mm，垂直入射到待加工的蓝宝石玻璃样品的表面；
（5）移动被加工的蓝宝石玻璃，使蓝宝石玻璃表面先熔蚀出其整体厚度1/16—1/2的“V”型槽再穿透切割或一次性穿透切割。
所述步骤（2）中切割气体为氮气，压力为1.0MPa。
所述步骤（3）中设备的聚焦高度为12500step，速度为3mm/s，脉宽为50us，功率为50W。
所述设备在激光传导过程中的扩束镜翻转安装。
所述蓝宝石玻璃抛光状态下吸收剂为双离子水加阻光剂和去张力剂，未抛光状态下吸收剂为单离子水加阻光剂和去张力剂。
本发明的有益效果是：(1)将激光设备的激光传导过程中的扩束镜翻转过来安装，使之进一步将光束直径变小二分之一，在不增加激光强度的前提下，大大提升了激光的冲击强度，使光束通过被切割物质的速度加快，从而大大减小了因冲击力过大而产生的各种缺陷；(2)通过对设备的参数的调节，可以比较出不同激光作用的效果，从而选择最优参数；(3)针对蓝宝石玻璃抛光和未抛光的状态下选用不同的吸收剂，可以更容易吸收激光，减小玻璃的细小裂纹和裂呲；(4)由于切割时的细小碎屑也能因为激光触到时产生的再次炸裂的作用力，引起工件的缺陷，而在切割头的吸、吹气设备上加设一圈吸、吹气装置，可以进一步减少因脆裂性产生的缺陷；(5)生产的蓝宝石电气性能高，耐磨，不需要贴膜和其他涂层。
附图说明
图1为光纤激光器的结构图；
图2为切割咀的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步阐述，以下几个实施例中，蓝宝石玻璃的厚度均为0.6mm。
实施例1：
一种光纤激光设备切割蓝宝石玻璃的方法，包括以下步骤：
（1）将表面涂覆双离子水加阻光剂和去张力剂并抛光的蓝宝石玻璃摆放在治具上，根据蓝宝石玻璃的厚度调试切割头的高度；
（2）调试切割氮气的压力为0.8MPa；
（3）调试设备的聚焦高度10000step，速度2mm/s，脉宽40us，功率30W；
（4）将波长范围1065um、单模、连续脉冲的激光束高倍聚焦，使光束的直径聚集为0.015mm，垂直入射到待加工的蓝宝石玻璃样品的表面；
（5）移动被加工的蓝宝石玻璃，使蓝宝石玻璃表面先熔蚀出其整体厚度1/8 “V”型槽再穿透切割。
所述设备在激光传导过程中的扩束镜翻转安装，根据“帕斯卡裂桶实验”的原理，使之进一步将光束直径变小二分之一，在不增加激光强度的前提下，大大提升了激光的冲击强度，使光束通过被切割物质的速度加快，从而大大减小了因冲击力过大而产生的各种缺陷。所述切割咀采用的是吸、吹一体的设计，中间吹气，周围吸气，使切割咀与蓝宝石玻璃的表面产生一层负压的空间，切割时会减小蓝宝石玻璃表面受压力气体的冲击力，形成双吸、吹除渣设施，可以进一步减少因脆裂性产生的缺陷。
实施例2：
一种光纤激光设备切割蓝宝石玻璃的方法，包括以下步骤：
（1）将表面涂覆单离子水加阻光剂和去张力剂的未抛光蓝宝石玻璃摆放在治具上，根据蓝宝石玻璃的厚度调试切割头的高度；
（2）调试切割气体的压力为1.0MPa；
（3）调试设备的聚焦高度10000-15000step，速度3mm/s，脉宽50us，功率50W；
（4）将波长范围1070um、单模、连续脉冲的激光束高倍聚焦，使光束的直径聚集为0.02mm，垂直入射到待加工的蓝宝石玻璃样品的表面；
（5）移动被加工的蓝宝石玻璃，使蓝宝石玻璃一次性穿透切割。
实施例3：
一种光纤激光设备切割蓝宝石玻璃的方法，包括以下步骤：
（1）将表面涂覆双离子水加阻光剂和去张力剂并抛光的蓝宝石玻璃摆放在治具上，根据蓝宝石玻璃的厚度调试切割头的高度；
（2）调试切割气体的压力为1.2MPa；
（3）调试设备的聚焦高度15000step，速度4mm/s，脉宽60us，功率80W；
（4）将波长范围1078um、单模、连续脉冲的激光束高倍聚焦，使光束的直径聚集为0.03mm，垂直入射到待加工的蓝宝石玻璃样品的表面；
（5）移动被加工的蓝宝石玻璃，使蓝宝石玻璃表面先熔蚀出其整体厚度1/4 “V”型槽再穿透切割。
 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种光纤激光设备切割蓝宝石玻璃的方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)将表面涂覆吸收剂的蓝宝石玻璃摆放在冶具上，根据蓝宝石玻璃的厚度调试切割头的高度；
(2)调试切割气体的压力为0.8-1.2MPa；
(3)调试设备的聚焦高度10000-15000step，速度2-4mm/s，脉宽40-60us，功率25-80W；
(4)将波长范围1065um-1078um、单模、连续脉冲的激光束高倍聚焦，使光束的直径聚集为0.015mm-0.03mm，垂直入射到待加工的蓝宝石玻璃样品的表面；
(5)移动被加工的蓝宝石玻璃，使蓝宝石玻璃表面先熔蚀出其整体厚度1/16—1/2的“V”型槽再穿透切割或一次性穿透切割。
2.根据权利要求1所述的光纤激光设备切割蓝宝石玻璃的方法，其特征是，所述步骤(2)中切割气体为氮气，压力为1.0MPa。
3.根据权利要求1所述的光纤激光设备切割蓝宝石玻璃的方法，其特征是，所述步骤(3)中设备的聚焦高度为12500step，速度为3mm/s，脉宽为50us，功率为50W。
4.根据权利要求1所述的光纤激光设备切割蓝宝石玻璃的方法，其特征是，所述设备在激光传导过程中的扩束镜翻转安装。
5.根据权利要求1所述的光纤激光设备切割蓝宝石玻璃的方法，其特征是，所述蓝宝石玻璃抛光状态下吸收剂为双离子水加阻光剂和去张力剂，未抛光状态下吸收剂为单离子水加阻光剂和去张力剂。
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