Apparecchiature di perforazione laser a nanosecondi a infrarossi di grande formato per substrati di vetro

Abstract

Apparecchiatura di foratura laser a infrarossi a nanosecondi per substrati di vetro di grande formato

Il sistema di foratura laser a vetro a nanosecondi a infrarossi è una piattaforma di produzione avanzata che utilizza laser a impulsi a nanosecondi a infrarossi da 1064 nm per ottenere microfori ad alta precisione ed efficienza su substrati di vetro. Impiegando impulsi brevi (1-100 ns) con alta densità di energia, il sistema combina l'ablazione fototermica e i meccanismi di shock meccanico per produrre aperture su scala micron (20-500 μm) riducendo al minimo la zona termicamente alterata (HAZ) e prevenendo la rottura del materiale o la scheggiatura dei bordi.

Rispetto alla foratura meccanica convenzionale o alla lavorazione laser CO₂, questa tecnologia offre vantaggi distinti, tra cui il funzionamento senza contatto, l'usura zero degli utensili e un'eccezionale flessibilità, che la rendono particolarmente adatta per la formazione di microfori complessi in vetro ultrasottile e materiali fragili ad alta durezza (ad esempio, quarzo, vetro zaffiro). Le applicazioni chiave comprendono l'elettronica di consumo (lenti di copertura per fotocamere, display), il fotovoltaico (celle solari), i sensori automobilistici e i dispositivi microfluidici medicali. Il sistema è tipicamente dotato di una piattaforma di movimento di grande formato (ad esempio, ≥600×600 mm) e scansione galvanometrica ad alta velocità, che consente la produzione automatizzata in serie con una produttività ottimizzata (centinaia di fori al secondo) e un'efficienza dei costi. In quanto tale, è emersa come una tecnologia critica nella moderna lavorazione di precisione del vetro.

Parametro principale

Principio di funzionamento

1. Generazione laser: il sistema impiega sorgenti laser (ad esempio, laser Nd:YAG o a fibra) per generare luce infrarossa a una lunghezza d'onda di 1064 nm con durate di impulso su scala nanosecondi (1ns = 10ns).

2. Focalizzazione dell'energia: il raggio laser viene concentrato in punti su scala micron tramite sistemi ottici (ad esempio, galvanometri e lenti F-θ), raggiungendo un'altissima densità di energia (fino al livello GW/cm²).

3. Interazione con il materiale: i laser a impulsi a nanosecondi interagiscono con il vetro attraverso effetti fototermici e fotomeccanici:

· Effetto fototermico: l'assorbimento di energia laser induce il riscaldamento localizzato, causando la fusione o la vaporizzazione del materiale.

· Effetto fotomeccanico: gli impulsi brevi generano onde d'urto che producono fratture micro-esplosive, formando cavità.

4. Rimozione strato per strato: conteggi di impulsi controllati e percorsi di scansione consentono l'ablazione precisa del materiale, creando fori ad alta precisione.

Caratteristiche tecniche

1. Alta precisione: diametri dei fori di 20-500 μm, profondità fino a diversi millimetri, con rugosità della parete (Ra) <1 μm.

2. Lavorazione senza contatto: elimina lo stress meccanico, ideale per vetro fragile (ad esempio, quarzo, borosilicato).

3. Impatto termico controllato: gli impulsi a nanosecondi riducono al minimo la diffusione del calore, prevenendo le crepe sui bordi (rispetto ai laser a millisecondi).

4. Alta flessibilità: in grado di formare geometrie complesse (fori rotondi, quadrati, conici) e matrici di microfori.

Panoramica delle capacità di lavorazione

Il sistema di foratura laser a nanosecondi a infrarossi offre capacità di lavorazione versatili e ad alta precisione per vetro e altri materiali fragili, coprendo un'ampia gamma di dimensioni dei fori, spessori e modalità di lavorazione. Combinando una piattaforma di movimento di grande formato con la scansione galvanometrica ad alta velocità, il sistema supporta sia lo sviluppo di prototipi che la produzione industriale ad alto volume.

Materiali supportati

• Vetro sodico-calcico

• Vetro borosilicato

• Vetro al quarzo

• Vetro zaffiro

• Substrati di vetro rivestiti o laminati

Gamma di diametro del foro

• Diametro minimo del foro: 20 μm

• Diametro massimo del foro: 500 μm

• Uniformità del diametro costante su substrati di grandi dimensioni

Spessore di lavorazione

• Spessore di foratura su un lato: fino a 20 mm

• Adatto per vetro ultrasottile e vetro strutturale spesso

Capacità di geometria del foro

• Fori passanti e fori ciechi

• Fori circolari, quadrati e di forma personalizzata

• Microfori conici e a gradini

• Matrici di microfori ad alta densità

Precisione e qualità di lavorazione

• Controllo della scheggiatura dei bordi: < 0,5 mm

• Rugosità della parete del foro: Ra < 1 μm

• Zona termicamente alterata (HAZ) minima

• Bordi senza crepe con eccellente ripetibilità

Velocità e produttività di lavorazione

• Velocità di scansione: 0–5000 mm/s

• Produttività: centinaia di fori al secondo (a seconda del materiale e dello spessore)

• Ottimizzato per la lavorazione automatizzata in serie e il funzionamento continuo

Funzioni di elaborazione aggiuntive

• Scanalatura e intaglio di precisione

• Rimozione di film e rivestimenti

• Micro-testurizzazione e modellatura della superficie

• Integrazione multi-processo in un'unica configurazione

Capacità di grande formato

• Dimensioni della piattaforma standard: 800 × 600 mm, 2000 × 1200 mm

• Dimensioni della piattaforma personalizzate disponibili su richiesta

• Ideale per pannelli di vetro di grandi dimensioni e lavorazione in serie multi-pezzo

Applicazioni di processo

Adatto per foratura, scanalatura, rimozione di film e testurizzazione superficiale di materiali fragili/duri, tra cui:

1. Foratura e intaglio per pannelli di porte doccia;

2. Foratura di fori per vetri di elettrodomestici;

3. Perforazione di pannelli solari;

4. Foratura di coperture per interruttori/prese;

5. Rimozione e foratura di film a specchio;

6. Scanalatura e testurizzazione superficiale personalizzate;

Vantaggi

1. La piattaforma di grande formato si adatta a diverse dimensioni di prodotto in tutti i settori.

2. Geometrie complesse dei fori ottenute in un'unica fase di lavorazione.

3. Scheggiatura minima dei bordi con superfici lavorate lisce.

4. Transizione senza soluzione di continuità tra le specifiche del prodotto; funzionamento intuitivo.

5. Bassi costi operativi, alta resa, nessun materiale di consumo e assenza di inquinamento.

6. La lavorazione senza contatto previene i graffi sulla superficie.

Effetto di lavorazione——Visualizzazione del campione