Poznato je da femtosekundni laseri režu gotovo sve materijale, a koriste se u obradi i proizvodnji zaslona, poluvodiča i drugih elektroničkih komponenti ili prilagođenih dijelova. Zapravo, femtosekundna laserska mikrostrojna obrada je preciznija i minimalizira toplinski utjecaj na materijal, što rezultira kvalitetnijim dijelovima. Tim Amplitude godinama je radio na jednoj primjeni femtosekundnih lasera: obrada stakla.
Kako femtosekundni laseri mogu poboljšati rezanje stakla?
Prepoznatljiva karakteristika stakla je njegova tvrda i krhka priroda, što predstavlja značajan izazov u obradi. Tradicionalne mehaničke tehnike rezanja stakla kao što su rezanje dijamantnim kotačem, pjeskarenje ili procesi vodenim mlazom režu neprecizno, nemaju pravilne rubove i imaju velika i asimetrična zaostala rubna naprezanja tijekom procesa rezanja, što rezultira mikropukotinama, prašinom i krhotinama na tako obrađenih rubova stakla. U mnogim primjenama, sitne pukotine uzrokovane strugotinama i lokaliziranim naprezanjima uzrokovat će kvar uređaja, pa se moraju izvršiti brušenje i poliranje rubova nakon prolaza kako bi se ojačali rubovi kako bi se postigla prihvatljiva kvaliteta. Osim toga, mehanička obrada kotača noža također zahtijeva neke pomoćne agense koji pomažu u rezanju, koji se mogu zalijepiti za gotovi rub 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 stanji na mikronsku razinu (UTG staklo), ove tradicionalne mehaničke metode rezanja više neće biti primjenjive. Jedinstvene prednosti ultrabrzih lasera omogućuju obradu ovih tvrdih, lomljivih i ultratankih staklenih materijala, a femtosekundni laser s odgovarajućim parametrima može učinkovito rezati s vrlo ograničenim brojem rubova u jednom prolazu. To vrijedi čak i za debelo staklo, a femtosekundni laseri nude alternativu drugim tehnikama rezanja stakla.
Femtosekundno lasersko rezanje stakla: Kako to radi?
Ultrakratki laserski impulsi u kombinaciji s Bezierovim snopom mogu se koristiti za obradu stakla. Besselov snop ima tanji pojas snopa i veću žarišnu dubinu od Gaussovog snopa, te je u stanju istovremeno apsorbirati energiju ultrakratkih impulsa duž cijele debljine stakla. Korištenje Pulse Bursts omogućuje laseru učinkovitiju apsorpciju stakla i rezultira pukotinama potrebnim za rezanje stakla od vrha do dna. Ovaj femtosekundni laser sa Besselovim snopom može se koristiti, na primjer, za rezanje stakla u ravnoj ili zakrivljenoj putanji.
Tim za aplikacije Amplitude razvio je femtosekundni laserski proces za preciznu kontrolu smjera loma i popratne optike za obradu stakla, te za korištenje proširene generacije loma za poboljšanje učinkovitosti obrade procesa rezanja stakla. Proces se može koristiti za rezanje tankog i ultratankog stakla (<200μm), thick glass (>2 mm), pa čak i višeslojno staklo ili različiti lako odvojivi lomljivi prozirni materijali niske površinske hrapavosti (<1μm) and no chips and chipping.
Ključna značajka procesa je da femtosekundna laserska energija koju apsorbira staklo proizvodi produženu pukotinu koja daleko premašuje veličinu stvarne točke udara. Ova značajka značajno ubrzava vrijeme obrade i povećava učinkovitost korištenja energije lasera. Za niz vrsta 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 proveo tim Amplitude process pokazale su da je najučinkovitiji parametar obrade generiranje niza impulsa (Burst) od 4 do 6 impulsa s ravnom raspodjelom energije pod-pulsa. U kombinaciji s određenim optičkim konfiguracijama, staklo deblje od 2 mm može se obraditi u jednom prolazu. Za ovu studiju korišten je Amplitude Tangor laser, opremljen značajkom Femtoburst™️, koja korisniku omogućuje programiranje pojedinačnih amplituda pod-pulsa u uzorku praska kako bi se precizno modulirala distribucija energije praska za detaljnu studiju prilagođene apsorpcije energije materijala .
Kome je namijenjeno femtosekundno lasersko rezanje stakla?
Ovaj se postupak može koristiti u raznim primjenama kao što su proizvođači zaslona 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 obrađivati sa zakrivljenim kutovima, oblikovanim oblika i rezova, a karakteristike obrade kratkih impulsa femtosekundnih impulsa mogu učinkovito smanjiti zonu utjecaja topline obloženog sloja. Mnoge mehaničke ili druge laserske metode ne mogu pružiti razinu preciznosti i kvalitete potrebne za takve proizvode. Naša se tehnologija također može koristiti za rezanje debljeg stakla za medicinsku industriju ili čak za kaljeno staklo za zaštitu zaslona ili automobilsku industriju.
Osim toga, s razvojem tehnologije staklenih otvora (TGV) posljednjih godina, bit će smjer i trend korištenja staklenih podloga s otvorom u 3D integriranim paketnim adapterskim pločama, MEMS i Mini LED/Micro LED, itd. Osim toga, također postoji posebna potražnja za tipovima rupa visokog omjera dubine i promjera u optičkim komunikacijama, potrošačkoj elektronici, bio-čipovima, itd. U TGV tehnologiji, modul za obradu Besselove zrake nezamjenjiv je alat, korištenje ove tehnologije može postići mikronski ili čak sub-mikronski, super 250,000 po kvadratnom centimetru ultra-visoka gustoća kroz otvor, tako gusta i brza obrada stakla kroz otvor zahtijeva 1. mikro-rupa između laserske obrade ne može pojavljuju se u toplinskom naprezanju uzrokovanom mikropukotinama, 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.
