Laser-Filament-Schneiden mit PearlCut

Für die perfekte Glaskante

Was ist ein Filament? Wenn ein ultrakurzer Laserpuls sehr stark in ein transparentes Medium wie Luft oder Glas fokussiert wird, führen nichtlineare Absorptionseffekte zu einer selbst erzeugten Fokussierlinse. Dies ist vergleichbar mit der Platzierung einer Linse in dem transparenten Medium, welche den Laserpuls weiter fokussiert, d.h. die hohe Intensität des Laserpulses im Zentrum der Gaußschen Intensitätsverteilung im Vergleich zu den seitlichen Flanken lässt die Wellenfront im Zentrum langsamer wandern, was einer Fokussierung entspricht. Diese induzierte Änderung des Brechungsindexes wird als optischer Kerr-Effekt bezeichnet.

Die extrem hohen Intensität des selbstfokussierten Laserpulses führt zu einer Ionisierung des Glasmaterials, was wiederum zur Streuung des Laserpulses führt. Im weiteren Verlauf ist die Intensität des Laserpulses jedoch immer noch hoch genug, um den Kerr-Effekt erneut auftreten zu lassen. Infolgedessen fokussiert sich der Laserpuls entlang seiner Ausbreitungsrichtung immer wieder selbst. Diese Reihe von Selbstfokussierungen wird als Filament bezeichnet. Ein Filament ähnelt Perlen auf einer Schnur. Deshalb nennen wir das Verfahren PearlCut.

Einige praktische Erwägungen

Wie kann Glas mit Hilfe eines Filaments getrennt bzw. geschnitten werden? Eine Modifikation reicht nicht aus, da es sich nur um eine winzige Schwächung des Glases in einem Durchmesser von 1 - 3 µm handelt. Zum einen sollte also ein Filament, d.h. ein Reihe von Modifikationen entstehen, welches die Glasdicke vollständig durchdringt. Zum anderen ist eine Linie von Filamenten notwendig, um eine Trennlinie in Schnittrichtung zu bilden. Deshalb muss die Linse relativ zum Glaskörper bewegt werden.

Automatisiertes Trennen des Glases

Wo physikalisch machbar, wird die Trennung des Glases durch einen nachfolgenden CO2-Laserprozess realisiert. Die dafür notwendigen Optiken können zusammen mit den Filamentoptiken in einem Bearbeitungskopf integriert werden, oder, wenn die Taktzeit dies erfordert, in einer separaten Maschine angeboten werden. Wo das CO2-Trennen aufgrund eines zu geringen thermischen Ausdenhungskoeffizienten des Glases physikalisch nicht möglich ist, kann ein mechanischer Standardbrechprozess folgen. Der Glastrennprozess mittels CO2-Laser basiert auf einer selektiven Erwärmung entlang der Filamentlinie, die einen Temperaturgradienten quer zur Schneidlinie erzeugt. Das  Ergebnis sind Zugspannungen im Glas, die zur Trennung entlang der Filamentlinie führen.

Die CO2-Trennung funktioniert besonders gut bei Glastypen mit einem relativ hohen Temperaturausdehnungskoeffizienten. Chemisch gehärtetes Glas trennt sich aufgrund der inneren Eigenspannung von selbst. Thermisch vorgespanntes Glas kann getrennt werden, wenn die Vorspannung gering ist.

PearlCut Vorteile

Das Schneiden von Glas auf Filamentbasis hat gegenüber herkömmlichen mechanischen Methoden wie Ritzen und Brechen zahlreiche Vorteile:

  • Das Verfahren erzeugt keine Glaspartikel oder Rückstände und vermeidet somit einen nachfolgenden Reinigungsschritt.
  • Das Filamentschneiden ist ein trockener Prozess ohne den Einsatz von Wasser. Es entfallen damit die Kosten für die nachträgliche Trocknung, das Wasser und dessen Aufbereitung.
  • Das Fehlen von Ausbrüchen oder Mikrorissen in Verbindung mit der geringen Kantenrauheit von Ra < 1 µm sorgt für eine hohe Kantenfestigkeit.
  • Die Filamente können mit Geschwindigkeiten von bis zu 1 m/s und mehr in das Material eingebracht werden, was in vielen Anwendungen wirtschaftliche Taktzeiten ermöglicht.

Erweitern Sie Ihre Fähigkeiten

Zusätzliche Vorteile im Vergleich zu konventionellen mechanischen Schneidtechnologien sind:

  • Komplexe Schnittgeometrien sind möglich, Ausbrüche etc. können erzeugt werden.
  • Kein Materialverlust und kein Werkzeugverschleiß bedeutet extrem hohe Maßgenauigkeit, die über große Produktionsserien hinweg konstant ist.
  • Ultradünnes Glas und Glasstapel können geschnitten werden, sogar mit einem Versatz zwischen dem oberen und dem unteren Glas.
  • Kombiniert mit einem CO2-Lasertrennverfahren ist eine Vollautomatisierung möglich, die Ausbeute und Sicherheit wird erhöht.
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[Translate to Englisch:] Glasigel
[Translate to Englisch:] Glasigel
[Translate to Englisch:] Glass Substrate
[Translate to Englisch:] Phone Camera Glass

4JETs Lösung für die perfekte Glaskante

Schließlich erweist sich PearlCut als eine Schlüsseltechnologie für viele Anwendungen, z.B. für die Vereinzelung von Dünnglas in Einzelprodukte.

Lernen Sie unsere PEARLs kennen, die für robustes, schnelles und kostengünstiges Laserschneiden von Glas entwickelt wurden und in der Lage sind, die perfekte Kante in technischen Glasanwendungen zu erzeugen.

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