TWM479196U - 用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯 - Google Patents

Description

用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯

本創作與雷射加工有關，如加工那些用於結構性玻璃產品中的非金屬性透光材料，這些玻璃產品可設計來用於運輸、航太、營造業等領域，亦可用於製作強化玻璃與艦艇玻璃等等。更具體言之，本創作係關於一種用於雷射加工上述這些非金屬性透光材料的工作檯，特別是用來去除玻璃材質上的低發散性金屬塗覆層或其他性質等塗覆層。

用雷射加工非金屬性透光易碎材質的工作檯構造是本領域中已習知之技術，其中最相關的先前技術為EP1864950 A1專利中所揭露的裝置，其可去除玻璃窗邊緣的塗覆層。此裝置包含一工作檯，其上的材質形成了一覆蓋層用來放置待處理的玻璃片，該些玻璃片的塗覆面會朝上面對雷射頭，以將其塗覆層從玻璃片表面移除。在此技術作法中，雷射光束的能量可以調整成不會對玻璃片或是工作檯上放置玻璃片的覆蓋層造成影響，故此先前技藝的要點是雷射光束能量的調整，但其覆蓋層並未使雷射散射，不論是完全地還是部份地散射。

本創作的目的為提出一種設置在工作檯面上的覆蓋層，使其得以使用聚焦雷射來加工(波長介於300奈米(nm)到3000奈米(nm))非金屬性透明材質(如覆有低發散塗覆層的玻璃物件)，並同時避免傷害到該覆蓋層、工作檯結構、以及玻璃物件的表面。

為達成本創作之目的，其中提出了一種使用雷射加工非金屬性透 明材質的工作檯，該工作檯的結構包含一檯架，其上形成有一工作面，至少一覆蓋層覆在該工作面上以放置待處理材料，其中至少一覆蓋層之材質係可讓波長介於300nm至3000nm的雷射穿透(視所採用的加工雷射類型而定)，其材質代表為具有閉孔結構與強分子間鍵結的彈性可塑泡綿。

上述特徵組合所提供的技術功效為，在加工一材料期間，如以聚焦雷射穿過一玻璃物件以去除其上的低發散性塗覆層時，該雷射光束會被上述覆蓋層完全或部分地散射，以轉變成較低能量密度(瓦/平方公分，W/cm² )之光束，故該覆蓋層扮演著一非固著性散射層的角色。

文中使用的「閉孔結構」一詞指的是一種完全被塑膠材料包圍住的單元結構。此類蜂窩狀的塑膠材料可以有下列兩種基本結構：閉孔(closed-cell)或開孔(open-cell)。閉孔性材料會具有獨立的孔洞或完全被塑膠包圍住的單元結構，其氣體傳輸經過單元結構壁體的機制會被擴散作用所取代(見the Handbook of Plastics,Elastomers,and Composites,by Charles A.Harper,The McGraw-Hill Companies,2004,p.87)。

上述的材質結構對本創作所欲達到的技術解法相當重要，因為從物理的觀點來看，充滿空氣的閉孔結構就像是折射率K等於1的凹透鏡，其閉孔邊界之材質的折射率介於1.4至1.5，故經過其間的脈衝雷射會被完全或部分地折射與散射(視材質的厚度與發泡倍化率而定)。

再者，交聯閉孔結構會形成具有堅固分子間鍵結的立體架構，其可提供較佳的單元壁體結構強度並使材質變得彈性可塑。文中使用的「彈性可塑」一詞指的是材料在所施加的負載消除後會回復其先前的形狀。這類材質一般都會具有強力的分子間鍵結，即其材料中原子的外部電子會形成共價鍵。一般相信強鍵結與弱鍵結之間的差別係在於當原子中次系統的電子雲之間發生重疊時會產生共價交互作用。

文中使用的「非金屬性材質」一般指的也是具有共價鍵的材料，其可排除產品中電子氣體的存在，因而達成低熱導與低電導的特性。非金屬 性材質與金屬性材質的另一區別在於其密度明顯較低。如塑膠材質的密度會是鋁的一半。非金屬性材質包含但不限定是：有機與無機聚合物、各種塑膠、以非金屬材質為主的複合材料、橡膠、黏著劑與密封材、石墨、無機質玻璃與陶瓷材料等。

「發泡材料」指的是以發泡方式形成的多孔性或蜂窩狀結構，如採用在聚合物中加入發泡劑之方式。上述彈性可塑發泡材料最好具有物理上或化學上的交聯性質。上述形成物理性交聯或化學性交聯的製程也已是本領域一般技藝人士所熟知的技術。特別來說，「交聯」一詞指的是聚合物中的所有鏈結都以共價鍵綁在一起成為立體的網絡架構，此即為交聯結構(見the Handbook of Plastics,Elastomers,and Composites,by Charles A.Harper,The McGraw-Hill Companies,2004,p.3)。

再者，彈性可塑發泡材料的發泡倍化率(multiplicity)最好介於5至35之間。「發泡倍化率」是初始發泡體積對所使用的起泡劑體積的比例。而覆蓋層的殘餘應變最好小於4%，且其在施作溫度下不會發散出對人體有害的有毒物質。上述彈性可塑發泡材料的一例為Penolon^® 。此外，覆蓋層的厚度最好介於1毫米(mm)至50毫米(mm)之間。

在一實施例中，覆蓋層下可以補墊一層鋁箔。而在較佳的情況下，該至少一覆蓋層的材質須可讓波長介於1030nm至1120nm之間(較佳為1070nm)的脈衝雷射透過。最後，本創作的工作檯最好設計成檯架態樣，其上可形成一工作面，且最好具備一個系統來在工件放置後製造出氣墊效果，此系統可包含工作檯中的出氣孔。

1‧‧‧工作檯

2‧‧‧檯架

3‧‧‧雷射切割頭

4‧‧‧上板

5‧‧‧覆蓋層

6‧‧‧鋁箔

7‧‧‧出氣口

本說明書含有附圖併於文中構成了本說明書之一部分，俾使閱者對本創作實施例有進一步的瞭解。該些圖示係描繪了本創作一些實施例並連同本文描述一起說明了其原理。在該些圖示中： 第1圖繪示出一雷射加工系統的示意圖，其中使用了本創作所提出的工作檯結構；以及第2圖繪示出根據本創作一具有覆蓋層的工作檯支撐面的部分放大圖。

首先，如第1圖所示，其繪示出一台使用雷射來加工非金屬性透光材料的裝置，該裝置包含一工作檯1用來加工待處理工件，工作檯1具有一檯架2(以強化鋼架為佳)，其上有一約呈方形板態樣的工作面，用以支撐置於其上的待處理工件，如表面有低發散性塗覆層要去除的玻璃片。

復如第1圖所示，加工裝置包含一切割樑以平行檯架2短邊的方式裝設在檯架上，該切割樑可沿著檯架2的長邊移動，其上裝載著一個雷射切割頭3，該雷射切割頭3可受驅動器(未示出)驅動而沿著切割樑移動。雷射切割頭3可以有多種的實施態樣，較佳為包含一聚焦鏡片以及一掃描單元的組合。就此實施例而言，雷射切割頭3係可工作檯面上作上下垂直移動。檯架2上還可設有一些機組(未示出)來移動處理前與處理後的工件(如進行切割前後的玻璃片)以及來將工件定位在工作檯1上。

再者，如第2圖所示，檯架2具有一上板4，其上復具有至少一覆蓋層5來放置工件。在一實施例中，覆蓋層5下方會設置鋁箔6。上板4亦可改成能夠提供氣墊效果。在此例中，上板4上會形成有出氣口7圖案，壓縮空氣會被供應至這些出氣口處，如此將可避免玻璃片放置後與上板4之間的摩擦(特別是在板上未為覆蓋層5覆蓋之處)。

根據本創作，該至少一覆蓋層5的材質可讓波長介於300nm至3000nm(視所採用的雷射類型而定)的加工用雷射光穿透，其代表為具有閉孔結構(closed-cell)以及強分子間鍵結的可撓式彈性泡綿。覆蓋層5材質的一例為Penolon^® 。然而，可用於本創作的發泡式塑膠種類十分廣泛，任何與Penolon^® 相同以發泡式聚乙烯(polyethylene)或是其共聚物為基質的材料(其 可能有不同的名稱或商標)皆可適用於本創作。例如，Penoizol(隔熱聚脲樹脂泡綿)即是其中一種不錯的材質，此材質的導熱性低(小於0.04W/mK)、密度低(10-15kg/m³ )、易加工、防火、耐用，且抗微生物以及大部分的有機溶劑。聚乙烯泡綿也是絕熱性發泡聚合物中常被提及的一者。聚乙烯泡綿可撓曲，具有彈性、多孔性、防水性、耐化學侵蝕，兼之是一種環保材料。這類族群還包含：Teploy、Vilaterm、Penofleks、Stenofon、Azurizol等，以上任一者皆為絕熱體。

本創作所採用的加工用雷射一例為鐿光纖雷射，其波長介於1030nm至1120nm，脈波寬度為70-90微秒(ns)，脈波重現率為30-100千赫(kHz)，平均功率為20-50瓦特(watts)，其中以波長約1070nm為優先，因為其較易為低發散性塗覆層所吸收，而較難被玻璃所吸收。

下文中所描述的為使用本創作之工作檯來雷射加工易碎的非金屬性透光材料的例子。以雷射來加工工件的例子牽涉到使用如第1圖所示的雷射加工系統來去除玻璃工件上的低發散性塗覆層。本創作製程較佳包含下列步驟工序：首先，請參照第2圖，將一待處理玻璃工件(未示出)以低發散面朝上的方式放置在根據本創作技術解法的覆蓋層5上，玻璃片會在覆蓋層5上所產生的氣墊(在氣層中)上移動並以支台來定位。之後加工程式能夠作動雷射切割頭3，而聚焦的雷射光束會移除玻璃表面預定區域上的低發散性塗覆層(對加工雷射而言為不透明者)。

如果需要的話，加工前玻璃片可先用一電視系統(視其形狀複雜程度)來掃描。雷射光束的速度最好在2-4000mm/sec之間，其能量密度不小於30x103W/mm² ，且加熱點的直徑至少有20μm。覆蓋層5能承受比上述更加嚴苛的加熱環境，但由於在此例中，加工後的玻璃工件會劇烈地受熱而使得工件產生熱應力而變成不良物，故仍以上述的加工環境為佳。

在上述例子中，加工後的成品會是具有低發散性軟硬塗覆層的玻璃物件，其上的一金屬化層或低發散性塗覆層如果裸露在聚焦的脈衝雷射下 會被蒸發以達到加工切割並完全移除該些塗覆材質的效果，並達到玻璃工件所需的熱條件。之後在玻璃工件上的導電路徑頭尾焊接上電接觸結構，即完成了隨時可用的電加熱玻璃，其間可通過電壓以在玻璃物件的預定區域達到預定的溫度。

除了電加熱效果外，軟硬塗覆層的主要功用在於節能，即可用來反射室內的紅外線與室外的紫外線，因而可在冷天時減少熱散失，在熱天時降低熱穿透。低發散性塗覆層的去除位置是藉由一專門的程式來計算執行，得以製作出表面具有預設的熱參數、用於不同訴求的各種玻璃產品，如用於光學構造、汽車工業、航太工業、強化玻璃，或是電加熱建築結構等。

對本領域的一般技藝人士而言，明顯地，本創作並未被侷限在以上所提出的實施例中，其可在下文中所提出的申請專利範圍內加以修改變化。如果需要，結合使用的區別性特徵亦可分開來使用。

4‧‧‧上板

5‧‧‧覆蓋層

6‧‧‧鋁箔

7‧‧‧出氣口

Claims (11)

1. 一種用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯，包含一工作面，該工作面上具有至少一覆蓋層用來放置一待處理材料，其中該至少一覆蓋層的材質可讓波長介於300奈米至3000奈米的雷射穿透，且該至少一覆蓋層的材質為具有閉孔結構的彈性可塑發泡材料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯，其中該至少一覆蓋層的材質可讓波長介於1030奈米至1120奈米的脈衝雷射穿透，該波長較佳為1070奈米。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯，其中該工作檯係設計成檯架型態，該工作面形成在該檯架上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯，其中該彈性可塑發泡材料係為物理上或化學上交聯的。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯，其中該彈性可塑發泡材料的發泡倍化率係介於5至35之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯，其中該彈性可塑發泡材料的密度介於20kg/m³ 至200kg/m³ 之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯，其中該彈性可塑發泡材料的殘餘應變小於4%。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯， 其中該彈性可塑發泡材料為Penolon。
9. 如申請專利範圍第1項所述之用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯，其中該覆蓋層的厚度介於1mm至50mm之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯，其中該覆蓋層下可設置一層鋁箔。
11. 如申請專利範圍第1項所述之用於雷射加工非金屬性透光材料的工作檯，另包含一系統，該系統具有出氣孔設置在該工作台中，其中在該待處理材料放置後，該系統可提供氣墊效果。