Poznato je da femtosekundni laseri režu gotovo svaki materijal, a koriste se u obradi i proizvodnji displeja, poluprovodnika i drugih elektronskih komponenti ili prilagođenih dijelova. U stvari, femtosekundna laserska mikroobrada je preciznija i minimizira toplinski utjecaj na materijal, što rezultira kvalitetnijim dijelovima. Amplitude tim je godinama radio na jednoj aplikaciji za femtosekundne lasere: obrada stakla.
Kako femtosekundni laseri mogu poboljšati rezanje stakla?
Prepoznatljiva karakteristika stakla je njegova tvrda i krhka priroda, što predstavlja značajan izazov za obradu. Tradicionalne tehnike mehaničkog rezanja stakla kao što je rezanje dijamantskih točaka, pjeskarenje ili procesi vodenim mlazom režu neprecizno, nemaju pravilnost na ivicama i imaju velika i asimetrična zaostala naprezanja na ivicama tokom procesa rezanja, što rezultira mikropukotinama, prašinom i krhotinama na ivice stakla obrađene na ovaj način. Za mnoge primjene, sitne pukotine uzrokovane strugotinama i lokaliziranim naprezanjima uzrokovat će kvar uređaja, pa se stoga brušenje i poliranje rubova nakon prolaza mora izvršiti kako bi se ivice ojačale kako bi se postigao prihvatljiv kvalitet. Osim toga, mehanička obrada kotača s noževima također zahtijeva neke pomoćne tvari koje pomažu u rezanju, koje se mogu zalijepiti za gotovu ivicu i zahtijevati tretman kao što je čišćenje vodom ili ultrazvučno čišćenje. Naknadni procesi obrade i niski prinosi će povećati cijenu gotovog staklenog proizvoda.
Osim toga, kada se pojedinačni komad stakla istanji na mikronski nivo (UTG staklo), ove tradicionalne mehaničke metode rezanja više neće biti primjenjive. Jedinstvene prednosti ultrabrzih lasera omogućavaju obradu ovih tvrdih, krhkih i ultra tankih staklenih materijala, a femtosekundni laser sa odgovarajućim parametrima može efikasno rezati sa vrlo ograničenim brojem ivica u jednom prolazu. Ovo važi čak i za debelo staklo, a femtosekundni laseri nude alternativu drugim tehnikama rezanja stakla.
Femtosekundno lasersko rezanje stakla: kako to funkcionira?
Ultrakratki laserski impulsi u kombinaciji sa Bezierovim snopom mogu se koristiti za obradu stakla. Beselov snop ima tanji struk snopa i veću žižnu dubinu od Gaussovog snopa, te je u stanju da istovremeno apsorbuje energiju ultrakratkih impulsa duž cijele debljine stakla. Upotreba Pulse Burst-a omogućava da se staklo efikasnije apsorbira od strane lasera i rezultira pukotinama potrebnim da se staklo preseče od vrha do dna. Ovaj femtosekundni laser sa Beselovim snopom može se koristiti, na primjer, za rezanje stakla u ravnim ili zakrivljenim putanjama.
Tim za aplikacije Amplitude razvio je femtosekundni laserski proces za preciznu kontrolu smjera loma i prateće optike za obradu stakla, te za korištenje proširenog stvaranja loma za poboljšanje efikasnosti obrade procesa rezanja stakla. Proces se može koristiti za rezanje tankog i ultra tankog stakla (<200μm), thick glass (>2 mm), pa čak i višeslojno staklo ili niz lako odvajajućih krhkih prozirnih materijala s malom hrapavosti površine (<1μm) and no chips and chipping.
Ključna karakteristika procesa je da femtosekundna laserska energija koju apsorbuje staklo proizvodi proširenu pukotinu koja daleko premašuje veličinu stvarne tačke udara. Ova karakteristika značajno ubrzava vreme obrade i povećava efikasnost upotrebe energije lasera. Za niz tipova i debljina stakla (<1 mm nanolaminate glass, for example), the use of sub-picosecond or femtosecond pulses can produce longer extended cracks for more efficient processing. For cutting thin glass, cutting speeds in excess of ~1 m/s along a straight line and in excess of 100 mm/s for curved parts can be achieved with laser power of only 10 W. For ultra-thin glass, cutting energy of no more than 40 μJ can result in a chipped edge of less than 1 μm.
The process can also be used to cut thick glass or multilayer glass (>1 mm) u jednom prolazu. eksperimentalne studije koje je izvršio tim za proces Amplitude pokazale su da je najefikasniji parametar obrade generiranje niza impulsa (Burst) od 4 do 6 impulsa sa ravnom distribucijom energije subpulsa. U kombinaciji s određenim optičkim konfiguracijama, staklo deblje od 2 mm može se obraditi u jednom prolazu. Za ovu studiju korišten je laser Amplitude Tangor, opremljen sa značajkom Femtoburst™️, koja omogućava korisniku da programira pojedinačne amplitude sub-pulsa u uzorku praska kako bi precizno modulirao distribuciju energije praska za detaljnu studiju prilagođene apsorpcije energije materijala. .
Kome je namijenjeno femtosekundno lasersko rezanje stakla?
Ovaj proces se može koristiti u različitim aplikacijama kao što su proizvođači ekrana mobilnih uređaja koji koriste tanje staklo ili višeslojno staklo (npr. LCD), te u potrošačkoj elektronici gdje se često koristi obloženo staklo i često se mora obraditi sa zakrivljenim uglovima, konturiranim oblika i rezova, a karakteristike obrade kratkih impulsa femtosekundnih impulsa mogu efikasno smanjiti zonu pod utjecajem topline obloženog sloja. Mnoge mehaničke ili druge laserske metode ne mogu osigurati nivo preciznosti i kvaliteta koji je potreban za takve proizvode. Naša tehnologija se također može koristiti za rezanje debljeg stakla za medicinsku industriju ili čak kaljenog stakla za zaštitu ekrana ili automobilsku industriju.
Osim toga, s razvojem tehnologije staklenih otvora (TGV) u posljednjih nekoliko godina, bit će pravac i trend korištenja staklenih supstrata kroz otvore u 3D integriranom paketu adapterskih ploča, MEMS i Mini LED/Micro LED itd. Osim toga, postoji i posebna potražnja za tipovima rupa visokog omjera dubine i promjera u optičkoj komunikaciji, potrošačkoj elektronici, bio-čipovima, itd. U TGV tehnologiji, Besselov modul za obradu snopa je nezamjenjiv alat, pomoću ove tehnologije se može postići mikrona ili čak sub-mikrona, super 250,000 po kvadratnom centimetru ultra-visoke gustine kroz rupu, tako da gusta i brza obrada staklenih otvora zahtijeva 1. mikro rupu između laserske obrade ne može 2. razmak rupa mora biti precizno kontroliran. Femtosekundni laseri nude usku širinu impulsa za kontrolu mikropukotina (<350fs) while providing an excellent solution to precisely control the position accuracy of the trigger pulse on the material using the FemtoTrig® feature developed by Amplitude's technical team, synchronized with the oscillator clock (fosc:40Mhz, jitter. 25ns) to achieve higher machining position accuracy (100m/ s, Position Error: 2.5um) while maintaining a constant single pulse energy (RMS <1% energy fluctuation) for high speed pulse machining.
