産業用レーザー加工における要件は変化してきた—より薄い部品、より広い帯域、より過酷な環境—そしてその変化はガラスのレーザー加工サプライヤーに求められる品質を変えている。本稿では、需要の方向性、それが仕様に意味する内容、および設計が単一の工程に縛られないよう調達を構成する方法を検討する。
産業用レーザー加工におけるガラスのレーザー加工
産業用レーザー加工において、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。レーザーシステムは、任意のアプリケーションの中で最高のエネルギー密度をビーム光路内のコーティングおよび窓に置く。損傷閾値、吸収、および熱レンズ効果は、機械が連続稼働の1シフトにわたって焦点シフトを保持するかどうかを決定し、いかなるコーティング故障も即時の生産停止である。
規格・文書・トレーサビリティ
レーザー切断ガラスは、任意の光学部品と同じ図面規格、ISO 10110およびそれに関連する欠陥規格に対して認定され、エッジ欠けサイズ、粗さ、およびテーパの特定要件によって補完される。部品が安全関連システムで使用される場合、エッジ強度試験が指定され得る。清浄度と粒子限界は、特に半導体および医療アプリケーションにおいて、顧客の組立環境からもたらされる。環境コンプライアンスはRoHSおよびREACH宣言を通じて文書化される。産業用レーザー加工において、最も頻繁に重要となる文書は、どの切断方法が使用されたかを識別するプロセス記録である。なぜならそれは、仕様が変更された場合にエッジを再加工できるかどうかを決定するからである。
コストと納期を左右する要因
レーザー加工は本質的に工具コストがなく、部品あたりの中程度のコストをもつため、プロトタイプ、低量、およびそうでなければ金型または機械加工プロファイルを必要とする複雑な外形に理想的である。部品あたりのコストは、総切断長、厚み、およびパス数に応じて増大するため、多くの穴をもつ大きな外形は、同じ面積の単純な長方形よりも高価である。超短パルス加工はCO2よりも遅く資本集約的であるため、切断メートルあたりのより高いレートをもち、仕上げステップの排除によって相殺される。産業用レーザー加工において、経済的クロスオーバーは通常、ハード工具が償却されるほど部品数が多い場合、または熱切断＋研削がより安価となるほどエッジ仕様が緩い場合に現れる。
ガラスのレーザー加工が実際にどのように機能するか
レーザー加工は、車輪ではなく光で材料を除去し、ガラスにとってそれは経済性と品質の両方を変える。ハード工具がないため、新しい外形は金型ではなく図面のコストであり、工具磨耗がないため、10万個目の部品も最初と同じ方法で切断される。3つの方法が支配的である。CO2レーザーは、制御された経路に沿って割れるまでガラスを加熱する。これは高速で安価であるが、熱影響層と顕微鏡的なクラックを残す。ピコ秒またはフェムト秒範囲の超短パルスレーザーは材料内部に焦点を合わせ、ガラスを線に沿って改質するフィラメントを生成し、その後小さな力で部品が分離する—結果は微小クラックのない清浄なエッジである。スクライブ＆ブレイクはその中間に位置し、浅いスコアの後に機械的分割が続く。産業用レーザー加工において、選択は通常、エッジ品質と、部品がその後の熱的または機械的応力に耐えなければならないかによって決まる。
コストを下げる設計ルール
レーザー加工はプロセスに適した図面に報いる。切断エッジは、切断エッジが研磨面の表面品質を決してもたないため、光学面から遠ざける。エッジから少なくとも1材料厚みの穴を設計し、取扱い中に反りまたは割れる狭いウェブを避ける。内角は半径をもつべきである。なぜならレーザーでさえ鋭い頂点に応力集中を残すからである。部品がコーティングされる場合、コーティングを有効口径に制限し、エッジをむき出しに残す。欠けサイズとテーパを明示的に指定する；どちらも記載されていない場合、工場はアプリケーションではなく価格を満たすプロセスを選ぶ。産業用レーザー加工については、切断後の熱的または機械的暴露に関する図面の短い注記は、いかなる公差よりも価値がある。なぜならそれによりプロセスを最初から正しく選択できるからである。
実際に重要な公差
レーザー加工は外形精度、エッジ品質、およびテーパで指定される。±0.05 mmの外形公差は日常的なものであり、機械加工プロファイルが必要とする工具コストなしで、小部品では±0.02 mmが達成可能である。エッジ品質が差別化要因である：超短パルス切断は0.02 mm未満の欠けと1マイクロメートル未満のエッジ粗さを生成するが、熱手法は通常研削または研磨で除去される熱影響層を残す。テーパ（入り口と出口面の間のカーフ幅の差）は厚い部品で重要であり、超短パルス加工で最小である。産業用レーザー加工において、プロセスを最も頻繁に決定する数値は許容エッジ欠けサイズであり、それは部品がレーザーから直接使用できるか、仕上げステップを必要とするかを決定する。
産業用レーザー加工に特有の要件
産業用レーザー加工において、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。レーザーシステムは、任意のアプリケーションの中で最高のエネルギー密度をビーム光路内のコーティングおよび窓に置く。損傷閾値、吸収、および熱レンズ効果は、機械が連続稼働の1シフトにわたって焦点シフトを保持するかどうかを決定し、いかなるコーティング故障も即時の生産停止である。
- 動作波長およびパルス幅でのレーザー損傷閾値
- 熱レンズ効果を制限する低吸収
- 石英または溶融石英基板
- 焦点安定性用の精密な透過波面
ISO 11551およびISO 21254損傷閾値試験方法、ISO 10110図面、および完成システムのレーザー安全文書。
選定データ一覧
| パラメータ | 標準能力 | 備考 |
|---|---|---|
| 切断方法 | CO2熱加工、超短パルスフィラメンテーション、スクライブ＆ブレイク | 厚みとエッジ仕様で選択 |
| カーフ幅 | 20 - 100マイクロメートル（超短パルス） | CO2は広く、水支援は狭い |
| エッジ品質 | 超短パルスでは微小クラックなし、Ra < 1マイクロメートル | 熱加工法は熱影響層を残す |
| 厚み範囲 | 0.05 - 20 mm | 1 mm未満は超短パルスが推奨 |
| 外形公差 | ±0.05 mm標準、小部品で±0.02 mm | 工具なしの複雑輪郭 |
| エッジ欠け | 超短パルスで≤ 0.02 mm | CO2は後処理が必要 |
| テーパ | 深さ100マイクロメートルあたり< 5マイクロメートル | 超短パルス、低テーパ |
| セットアップコスト | なし - ハード工具不要 | 1個から経済的 |
| 最適な用途 | 薄板ガラス、強化ガラス、複雑輪郭、ウェハ | 穴とスロットの穴あけも可 |
よくある質問
どの厚み範囲を切断できますか？
約0.05 mmの極薄ガラスから20 mmまでであるが、プロセスは厚みとともに変化する。超短パルス加工は約1 mm未満で推奨され、熱またはハイブリッド方法はより厚い材料でより経済的である。
切断方法を指定する必要がありますか？
結果—欠けサイズ、テーパ、エッジ粗さ、および切断後のサービス条件—を指定し、プロセスをそれから導かせるべきである。要件を記載せずに方法を名指しすることは、多くの場合、正しく測定され現場で失敗するエッジを生成する。
レーザー加工は微小クラックを残しますか？
それはプロセスに依存する。超短パルスフィラメンテーション切断は、微小クラックのないエッジと0.02 mm未満の欠けを生成する。CO2熱加工は熱影響層を残し、部品が応力を受ける場合はエッジの研削または研磨を必要とする。