CN109206002A - 一种3d玻璃的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种3D玻璃的加工工艺，该工艺通过将2D玻璃进行开料、CNC外形加工、热弯成型、强化、移印、激光镭射以及AG蚀刻等步骤，最终制得了3D玻璃成品，解决了3D玻璃在加工制作过程中出现的如玻璃热弯成型时氧化、眩光以及曲面装饰等问题，同时制造出的3D玻璃制品性能优异且价格低廉，可实现在手机行业、电脑行业、数码行业及光学镜头的应用。

Description

一种3D玻璃的加工工艺
技术领域
本发明涉及玻璃加工工艺领域，具体涉及一种3D玻璃的加工工艺。
背景技术
3D玻璃一般指屏幕弧度更大的玻璃，具有轻薄、透明洁净、抗指纹、防眩光、坚硬、耐刮伤以及耐候性佳等优点，相比于2D玻璃以及2.5D玻璃，其安全性更高、使用寿命更长，同时也更符合消费者的审美。近年来，由于柔性OLED屏的广泛应用，使得可弯曲的3D玻璃成为首选，3D玻璃盖板配合OLED屏幕，图像清晰度更高。而随着智能化曲面屏幕的进一步普及，3D玻璃的需求量将日益增加，预计2020年，3D玻璃盖板的需求量将达到11.47亿片。
为满足3D玻璃强度、精度以及轻薄化的要求，通常会在CNC外形加工的基础上进行热弯处理。热弯处理主要包括两种方法，一种是在空气中直接加热玻璃后使其在模具中结晶成型，并在空气中自然冷却；另一种是使玻璃在空气中高温软化后在高压状态下被压制成型。但上述两种方法的玻璃在成型时往往会因暴露在空气中而发生氧化。
此外，为防止光的反射会造成人的短暂性失明，进而造成各种意外事故的问题，通常对3D玻璃进行防眩光制作，现有技术常通过喷涂或蚀刻的方式进行防眩光。申请号为201710860733.6的专利公开了一种防眩光3D曲面盖板及其制作方法，该专利主要通过在2D衬底上制作防眩光涂层，防眩光涂层表面设置有胶层，利用与3D曲面盖板相匹配的模具可将防眩光涂层按压紧固在3D曲面盖板上，去除2D平面衬底及胶层后能够在3D曲面盖板上制作出防眩光涂层，避免光的反射造成人眼的短暂失明，提高安全性。但通常，3D玻璃采用AG喷涂处理时常常由于角度问题而导致最终形成的防眩光效果不均匀，且该过程往往需要对玻璃进行强化以及镀膜等进而使玻璃造成损伤，同时也增加成本。
申请号为201710801109.9的专利公开了一种防眩光3D玻璃的制作方法，该专利通过在平整的玻璃上先进行防眩光处理，使第一表面具有防眩光效果，之后再对玻璃进行弯曲处理，形成了具有均匀防眩光效果的3D玻璃。但该专利先进行防眩光再进行弯曲处理的方法往往会使得玻璃进行热弯时，表面已进行防眩光处理的粗糙结构受到不同程度的损害，进而影响防眩光的效果。
除了上述问题外，3D曲面装饰也是目前工艺技术面临的主要问题之一，例如，为满足不同的需求而需要在3D玻璃表面进行印刷，但油墨在3D表面无法使用传统的丝印工艺。以及在3D玻璃表面进行纹理和图案等精细化处理时，钻孔或裁切等工艺会质地硬而脆的玻璃发生碎裂。因此需要找寻一种3D玻璃的加工工艺，能够在解决上述问题的同时制造出性能更为优异的3D玻璃制品。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种3D玻璃的加工工艺，该工艺能够解决3D玻璃在加工制作过程中出现的如玻璃热弯成型时氧化、眩光以及曲面装饰等问题，同时制造出性能优异、成本低廉的3D玻璃制品。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种3D玻璃的加工工艺，其工艺流程包括以下步骤：
(1)、将2D玻璃基板开料加工后进行CNC外形加工，而后浸泡、喷淋清洗并检验，得到2D玻璃基板-1；
(2)、将步骤(1)中的2D玻璃基板-1在电炉中加热至软化状态并通过模具进行热弯成型处理，与此同时，通入氮气，而后进行超声波清洗并检验，得到3D玻璃基板-1；
(3)、对步骤(2)中的3D玻璃基板-1进行强化，而后进行浸泡及插架，得到3D玻璃基板-2；
(4)、将设计好的图案蚀刻在钢板上并涂上油墨，通过胶头实现图案在步骤(3)中3D玻璃基板-2表面的移印，烘烤后进行超声波清洗、检验及插架，得到3D玻璃基板-3；
(5)、对步骤(4)中的3D玻璃基板-3进行激光镭射，在玻璃表面形成纹理或图案，而后进行超声波清洗、检验及插架，得到3D玻璃基板-4；
(6)、使用蚀刻液对步骤(5)中的3D玻璃基板-4的曲面进行AG蚀刻，而后进行超声波清洗及终检，即得到3D玻璃成品。
步骤(1)中所述的CNC外形加工，使用的设备为双轴CNC自动化加工中心，其拥有自动对刀工艺以及组合刀具，可同时实现打孔、切割以及打磨，整体让CNC外形加工的产能提升13-15％，品质提升5-8％。所述的双轴CNC自动化加工中心使用整块花岗岩切割成型，使其在运行过程中更加稳定，并采用英国Renishaw的QC20-W球杆仪和激光干涉仪对设备进行轴系精度检测，确保设备的精度和保持性得到保障。
步骤(1)中所述的浸泡指将玻璃放入装有浸泡液的浸泡槽中，以均匀蚀去CNC切割所产生的表面微裂纹和边缘锯齿状微裂纹，其中，所述的浸泡液包含5-10％的HF，5-8％的HNO3以及去离子水；所述的喷淋清洗指将玻璃置入清洗机中用水喷淋清洗，传送速率为4m/min。
步骤(2)中所述的热弯成型是将2D玻璃在氮气保护下放入500-900℃电炉中加热至软化状态，并通过模具成型，最终将2D玻璃加热加压成3D曲面玻璃基板的过程。在这一过程中，通入氮气以防止氧化等反应发生，同时，氮气的通入，也加快了玻璃的降温冷却过程，能够影响该过程玻璃的合格率。优选地，步骤(2)中所述的模具材质为石墨或陶瓷。
步骤(2)、(4)、(5)和(6)中所述的超声波清洗通过超声波清洗设备，清洗温度为35-55℃，清洗时间为30-60s，清洗频率为40KHz，配合碱性药水对玻璃进行清洗。优选地，所述的碱性药水为体积浓度为4％-5％的NaOH水溶液。该过程具有效率高、操作方便、劳动强度小、自动化程度高、维修保养方便、外形美观、清洗成本低等优点；步骤(3)、(4)和(5)中所述的插架指借助承载设备用以稳定、固定玻璃，待玻璃晾干后进行下一道工序。
步骤(3)中所述的强化指对玻璃的边缘进行强化处理，具体是将玻璃浸入到质量比为0.5-2:1的KNO3与NaNO3混合盐的300℃-600℃熔融盐中，浸泡1-10h；优选地，KNO3与NaNO3混合盐的质量比为1:1。这一过程中，自动化强化炉连续加工，能耗低、效率高；所述的浸泡，其浸泡液为pH＝4的柠檬酸，可去除强化后残存在玻璃表面的KNO3与NaNO3，保持玻璃清洁。
常规丝印技术无法实现3D玻璃的印刷，本发明采用新型的3D印刷技术之一——移印，步骤(4)中所述的移印指将设计的图案蚀刻在钢板上并涂上油墨，通过可变型胶头实现转移印刷；所述的烘烤指将移印后的3D玻璃在烘烤炉中进行烘烤，烘烤时间为20-40min，烘烤温度为600-700℃，以便烘干玻璃上的油墨。
步骤(5)中所述的激光镭射工艺通过激光镭射在玻璃表面形成纹理或图案。
步骤(6)中所述的AG蚀刻工艺指利用蚀刻液在玻璃表面进行化学蚀刻，在玻璃表面形成哑光面，从而降低环境光的干扰，提高显示画面的可视角度，在此过程中，蚀刻深度为0.06-0.08mm。其中，所述的蚀刻液为酸性氯化铜、碱性氯化铜、氯化铁、过硫酸铵、硫酸/铬酸或硫酸/双氧水蚀刻液；所述的终检为在特定的环境下对产品进行最终的检验，包括目检玻璃表面是否无刮伤、毛边、裂纹、污染以及其他异常状况，最终产品的良品率达96％以上。
上述工艺制备的3D玻璃可应用于手机行业、电脑行业、数码行业及光学镜头领域。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是：
(1)采用热弯成型处理，能够通过简单的模具得到复杂的成品，且能够控制热弯过程中成品的变形，合格率较高。同时，在这一过程中通入氮气防止了氧化反应的发生，加快玻璃降温冷却过程的同时提高了热弯过程的安全性，进一步提高了该过程玻璃的合格率。
(2)采用AG蚀刻对3D玻璃进行防眩光制作，所得的3D玻璃成品能够避免因光的反射造成人的短暂失明以及意外情况的发生。同时采用蚀刻法避免了喷涂法的对玻璃造成损伤、防眩光效果不均以及成本高等缺点。相比于AG喷涂，AG蚀刻所得的3D玻璃具有以下优点：①AG蚀刻后的3D玻璃，其表面强度比采用AG喷涂后更优。蚀刻AG玻璃属于化学蚀刻，经化学处理强化后，其表面耐刮程度与玻璃相当。②光学特性优异。AG蚀刻玻璃可有效降低因闪烁点造成的亮点，且全区域的光泽度均匀性较好，而AG喷涂玻璃只能造成雾面效果，全区域的光泽度均匀性亦较差。③使用寿命长。AG喷涂后的3D玻璃在经环境与使用因素的影响后会发生涂层剥落。④表面雾度低，可有效提高可视亮度。⑤蚀刻AG玻璃表面具优异的抗指纹表现。⑥后续玻璃加工容易。此外，先热弯再进行AG蚀刻，避免了热弯过程使得玻璃表面粗糙结构受到不同程度的损害。
(3)本发明将设计的图案蚀刻在钢板上并涂上油墨，通过可变型胶头实现了在3D玻璃上的转移印刷。与此同时，采用激光镭射工艺，通过激光镭射在玻璃表面形成纹理或图案，达到精细化处理的目的，避免了裁切或钻孔等方式造成玻璃的碎裂。
(4)本发明中该工艺制备出的3D玻璃具有以下优点：①强度大、耐挤压性强；②防眩光；③防划伤：表面滑顺，手感舒适，不容易刮花；④装饰美观。
具体实施方式
实施例1
一种3D玻璃的加工工艺，其工艺流程包括以下步骤：
(1)、将2D玻璃基板开料加工后进行CNC外形加工，而后浸泡、喷淋清洗并检验，得到2D玻璃基板-1；
(2)、将步骤(1)中的2D玻璃基板-1在电炉中加热至软化状态并通过模具进行热弯成型处理，与此同时，通入氮气，而后进行超声波清洗并检验，得到3D玻璃基板-1；
(3)、对步骤(2)中的3D玻璃基板-1进行强化，而后进行浸泡及插架，得到3D玻璃基板-2；
(4)、将设计好的图案蚀刻在钢板上并涂上油墨，通过胶头实现图案在步骤(3)中3D玻璃基板-2表面的移印，烘烤后进行超声波清洗、检验及插架，得到3D玻璃基板-3；
(5)、对步骤(4)中的3D玻璃基板-3进行激光镭射，在玻璃表面形成纹理或图案，而后进行超声波清洗、检验及插架，得到3D玻璃基板-4；
(6)、使用蚀刻液对步骤(5)中的3D玻璃基板-4的曲面进行AG蚀刻，而后进行超声波清洗及终检，即得到3D玻璃成品。
步骤(1)中所述的CNC外形加工，使用双轴CNC自动化加工中心，其拥有自动对刀工艺以及组合刀具，并采用球杆仪和激光干涉仪对设备进行轴系精度检测。所述的组合刀具通过自动对刀方法，可同时实现打孔、切割以及打磨。通过上述工艺制备，在相同时间内，相比于其它CNC技术，其产能提升了13％，品质提升了8％。
步骤(1)中所述的喷淋清洗指将玻璃置入清洗机中用水喷淋清洗，传送速率为4m/min；所述的浸泡指将玻璃放入装有5％的HF，5％的HNO3以及去离子水的蚀刻槽中，以均匀蚀去CNC切割所产生的表面微裂纹和边缘锯齿状微裂纹。
步骤(2)中所述的热弯成型是将平板玻璃在氮气保护下放入500℃电炉中加热至软化状态，同时通入氮气，并通过材质为石墨的模具成型，最终将2D玻璃加热加压成3D曲面玻璃的过程。
步骤(2)、(4)、(5)和(6)中所述的超声波清洗通过超声波清洗设备，清洗温度为35℃，清洗时间为30s，清洗频率为40KHz，配合5％的NaOH水溶液对玻璃进行清洗；步骤(3)、(4)和(5)中所述的插架指借助承载设备用以稳定、固定玻璃，待玻璃晾干后进行下一道工序。
步骤(3)中所述的强化指对玻璃的边缘进行强化处理，具体是将玻璃浸入到质量比为1:1的KNO3与NaNO3混合盐的300℃熔融盐中，浸泡1-10h；所述的浸泡，其浸泡液为pH＝4的柠檬酸。
步骤(4)中所述的移印指将设计的图案蚀刻在钢板上并涂上油墨，通过可变型胶头实现转移印刷；所述的烘烤指将移印后的3D玻璃在烘烤炉中进行烘烤，烘烤时间为20min，烘烤温度为600℃，以便烘干玻璃上的油墨。
步骤(5)中所述的激光镭射工艺通过激光镭射在玻璃表面形成纹理或图案。
步骤(6)中所述的AG蚀刻工艺指利用硫酸/双氧水蚀刻液在玻璃表面进行化学蚀刻，在玻璃表面形成哑光面，在此过程中，蚀刻深度为0.06-0.08mm；所述的终检为在特定的环境下对产品进行最终的检验，包括目检玻璃表面是否无刮伤、毛边、裂纹、污染以及其他异常状况。
上述工艺制备的3D玻璃可用于光学镜头。
实施例2
将步骤(3)中KNO3与NaNO3混合盐的质量比设置为2:1，其余工艺条件同实施例1。
实施例3
将步骤(3)中KNO3与NaNO3混合盐的质量比设置为1:2，其余工艺条件同实施例1。
对比例1
将步骤(3)中KNO3与NaNO3混合盐的质量比设置为3:1，其余工艺条件同实施例1。
对比例2
将步骤(3)中KNO3与NaNO3混合盐的质量比设置为1:3，其余工艺条件同实施例1。
对比例3
步骤(2)未通入氮气，其余工艺条件同实施例1。
随机选取实施例1-3及对比例1-3中玻璃各100块进行耐挤压性能测试、透过率测试、清晰度测试以及解析度测试，并统计热弯过程结束后玻璃的合格率以及最终产品的良品率，得到表1。
表1玻璃的测试及结果
对玻璃产品进行落球测试，实施例1-3的玻璃均可承受60-130g钢球从65cm处掉落的冲击；同时，经检测发现，实施例1-3及对比例3的玻璃，其耐挤压性高达900MPa以上；实施例1-3及对比例1-3所得的3D玻璃的透过率均达到90％以上，清晰度均达到80％以上，解析度均大于3:1；实施例1-3及对比例1-2热弯过程后玻璃的合格率达98％以上，对比例3热弯过程后玻璃的合格率较低；最终产品的良品率，实施例1-3达96％以上，对比例1-3在80％以下。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种3D玻璃的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、将2D玻璃基板开料加工后进行CNC外形加工，而后浸泡、喷淋清洗并检验；
(2)、将步骤(1)CNC外形加工后的2D玻璃基板在氮气保护下放入电炉中加热至软化状态并通过模具进行热弯成型处理，而后进行超声波清洗并检验，得到3D玻璃基板-1；
(3)、对步骤(2)中的3D玻璃基板-1进行强化，而后进行浸泡及插架，得到3D玻璃基板-2；
(4)、将设计好的图案蚀刻在钢板上并涂上油墨，通过胶头将图案移印到步骤(3)得到的3D玻璃基板-2表面，烘烤后进行超声波清洗、检验及插架，得到3D玻璃基板-3；
(5)、对步骤(4)中的3D玻璃基板-3进行激光镭射，在玻璃表面形成纹理或图案，而后进行超声波清洗、检验及插架，得到3D玻璃基板-4；
(6)、使用蚀刻液对步骤(5)中的3D玻璃基板-4的曲面进行AG蚀刻，而后进行超声波清洗及终检，即得到3D玻璃成品。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤(1)中所述的CNC外形加工使用的设备为双轴CNC自动化加工中心。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于：所述的双轴CNC自动化加工中心使用的刀具为组合刀具。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤(2)中所述的模具材质为石墨或陶瓷。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤(2)中所述的热弯成型的温度为500-900℃。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤(3)中所述的强化中使用了KNO3与NaNO3混合盐的熔融盐。
7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤(4)中所述的胶头为可变型胶头。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤(6)中所述的AG蚀刻中使用的蚀刻液为酸性氯化铜、碱性氯化铜、氯化铁、过硫酸铵、硫酸/铬酸或硫酸/双氧水蚀刻液。
9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤(2)、(4)、(5)和(6)中所述的超声波清洗，清洗温度为35-55℃，清洗时间为30-60s，清洗频率为40KHz。
10.如权利要求1-9中任意一项工艺制备的3D玻璃在手机行业、电脑行业、数码行业及光学镜头的应用。
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