激光行业飞速发展，激光切割技术已经较为成熟。目前，该技术还融合了计算机技术、数控技术、检测技术和材料加工技术等，成为了复合型高新技术。激光切割工艺的应用以前多局限于金属材料，现在逐步扩展到了木材、塑料、纸张和玻璃等非金属材料领域。伴随着制造工业的发展和现代生产要求的提高，玻璃加工行业对质量和效率的把控也变得更加严格。

对于行业提出的一些新工艺需求，传统机械钻孔工艺已经无法满足。例如太阳能背板玻璃的钻孔加工、手机盖板玻璃的钻孔与切割、显示玻璃的钻孔与切割、石英玻璃与镀膜玻璃的精密加工、超薄玻璃的精密钻孔与异形切割、微孔加工。激光钻孔因其高精度、高速度、高质量、高效率等独特优势成为玻璃钻孔的首选设备，在玻璃加工行业具有十分广阔的应用前景。

图1：玻璃中形成的微裂纹连接成线

532nm波长纳秒激光器玻璃切割

与传统机械切割工具不同，激光束的能量以一种非接触的方式对玻璃进行切割。激光切割玻璃的方法从原理上可以分为两种，熔融切割法和裂纹控制法。但当玻璃厚度超过1mm时，两种工艺方法都很难做到一步切割，加工玻璃时容易出现爆裂。

图2：玻璃切割顺序自下而上

因此，基于532nm波长纳秒激光器的玻璃切割集中致力于如何优化应用工艺方法，降低玻璃崩边率，提高玻璃成品率，实现高效切割。

本次实验采用的是532nm波长40W绿光激光器。针对玻璃材质，实验人员采用了微裂纹扫描切割法，通过短脉冲激光聚焦后从玻璃下表面逐层扫描至上表面。玻璃内部在高能量密度激光的作用下形成微裂纹连接成线，最终实现玻璃激光切割，如图1所示。

由于玻璃微裂后会有细小粉尘碎渣，如果由上向下进行切割，粉尘碎渣会积累在缝隙中影响能量的散发，玻璃就会碎裂、爆裂。得益于玻璃本身优异的透光性，可将光斑聚焦在玻璃下表面，自下而上进行层层切割，切割位置下方放置抽风机。在重力和吸力的作用下，玻璃碎渣和粉尘可以正常掉落，不影响玻璃切割，如图2所示。

图3：过线（螺旋线）切割示例

多线切割

保证粉尘碎渣顺利被抽出，仅仅从下向上切割是不够的。本实验使用的激光器单线切割线宽不到100μm，需要多线切割增加缝宽形成足够抽出粉尘的通道，每一层的线圈间距由激光器功率和玻璃厚度作出相应调整。同时，部分文献表明由内到外或由外到内，以及多线间距的优化会有效减少外边缘的崩边大小。多线也包含平行线和或螺旋线，本次实验使用螺旋线作为示例，如图3所示。

图4：加工参数设置不当导致残品

加工参数优化

主要影响切割效果的参数有标刻速度、开光延时、关光延时、拐点延时、激光频率、激光脉宽、激光能量占空比、螺旋线的半径、螺旋线间距和深雕层高。以标刻速度为例，参数本身直接影响切割效率，如果速度过快会导致单点深度不足，没能从下往上有效切割，内部热量堆积，玻璃就会爆裂；反之，如果速度过慢，能量堆积会导致粉尘未掉落时被重新融化，同样会导致玻璃爆裂等，如图4所示。

图5：实验设备

实验过程

本实验采用菲镭泰克公司的E15-G动态聚焦振镜系统，标刻精度高，高速标刻下变形量小，标配XY2-100通用协议，接口开放，可兼容市面上绝大多数控制卡；采用数字脉宽调制驱动技术，响应速度快、温漂小，可以满足此次实验要求。同时，实验人员还搭配使用华日40W绿光固态激光器，可以实现常规圆孔或异形玻璃的打孔切割。相对于传统的机械切割而言，这套设备加工效率高、维护成本低、热影响小。实验设备如图5所示。

图 6：实验软件界面

图 7：软件参数设置界面

实验软件介绍

本次实验用的是LenMark_3DS标刻软件，是一款专门为激光标刻设计的应用软件，具有图形编辑和多种标刻功能，与Lenmark_Driver控制卡及扫描振镜配合使用，能满足各种高精度、高速激光加工的要求。软件主界面如图6所示。

用户可以自由设定标刻速度、开光延时、关光延时、拐点延时、激光频率、激光脉宽、激光能量等参数。软件内还可以设置Z向深度，这就决定了玻璃切割的厚度。配合163的场镜，焦深一般设置在±4mm，可以切割8mm左右的玻璃。具体设置如图7所示。

图 8：实验结果数据统计

实验参数及结论

本实验采用2mm镀膜玻璃和5mm白玻璃。通过实验发现，标刻速度、延时、频率等参数影响激光单点脉冲是否能将裂缝连成一条线。同时能量大小影响切割效率，能量大一些，标刻速度就可以快一些。但当能量增大时，激光扫过的区域热影响效应将更明显，崩边碎裂会更大。因此，对于加工商来说，就是效率与边缘质量的权衡问题。

实验结果足以证明，无论是光滑曲线还是折角直线，激光切割都能连续精准地完成目标切割，崩边量<150μm，单双层涂层也能轻松剥除。相信随着人们对激光技术的认识更深入一个层次，激光技术会在加工领域大放光彩。