欧斯普瑞

如今，玻璃材料凭借造型多变、抗冲击性好、成本可控等诸多优点广泛用于平板显示制造（FPD）以及汽车和建筑领域的传统窗口应用中。尽管玻璃材料有着诸多优点，但其易碎的特点为加工过程带来不少难题，如容易出现裂纹、边缘毛糙等。在这些行业中，切割玻璃的需求越来越大，同时要求切割过程具有更高的精度、更高的速度、更大的灵活性（如切割曲线和图案）。如何解决玻璃材料的加工难题、提升产品良率，成为业内共同的目标。

机械切割的局限性

传统的玻璃切割工艺包括刀轮切割和CNC研磨切割。刀轮切割的玻璃良率较低，材料利用率较低，在进行异型切割时速度及精度会大幅下降，有些异型全面屏因转角太小，根本无法用刀轮切割。CNC较刀轮的精度高，缺点是速度慢。

这些机械切割方法会沿着切割边缘产生微裂纹和碎屑，也会产生崩边。此外，机械切割方法还会在切割边缘产生残余应力，从而降低玻璃基板的机械强度（抗断裂性）。同时，机械切割方法可能还需要各种后处理步骤（如研磨、抛光）来缓解上述问题，这必然会增加额外的生产时间和成本。

由于很少需要（或不需要）后续清洁或打磨阶段的工作，因此激光切割还可以减少工艺环节的数量。虽然激光切割工作台的资本成本比机械系统高，但由于不需要额外配备打磨机，所以激光切割的总投资要比机械加工系统低。由于对后处理工作和清洁工作的需求下降，因此激光切割法比机械法更环保，耗用的水资源也更少（或完全不需要耗用水资源）。

超快激光切割的优势

随着激光技术的发展，玻璃切割中也出现了激光的身影。激光玻璃切割解决了上述诸多问题。首先，激光切割是一种非接触切割过程，这完全消除了微裂纹和剥落碎屑的问题。此外，激光切割基本上不会在玻璃中产生残余应力，从而实现了更高的边缘强度。

玻璃激光切割是一项易于控制的非接触式的少污染技术，为客户带来极大便利；同时在高速切割下能保证边缘整齐、垂直性佳和内损伤低的优势，正成为玻璃切割行业的新型解决方案。尤其是高精度切割，皮秒级超快激光器因极窄的脉宽而展现出极大的优势，利用低热能扩散的特点，在热传导到周边材料前完成材料打断，在脆性材料切割中表现出良好的效果。

众所周知，超快激光器是指输出激光的脉冲宽度在皮秒（10-12 s）级别、或小于皮秒级别的脉冲激光器，具备极高的峰值功率。

对玻璃等透明材料而言，当超高峰值功率的激光被聚焦在透明材料内部时，材料内部由光传播造成的非线性极化改变了光的传播特性，使光束出现自聚焦现象（波前聚焦）。由于超快激光的峰值功率极高，使脉冲在玻璃内不断重复聚焦，在不发散的状态下一路向下传输到材料内部，直至激光的能量不足以继续支持发生自聚焦现象[1]。至此，激光传输过的地方留下了如同丝线般的轨迹（直径只有数个微米），将这些丝线连起来，对其施加应力，玻璃便会自行沿着丝线裂开。

这是玻璃被激光改性过的结果，改性后的玻璃与原本的性质不同。而这样的加工方式也确保了加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响，从而做到了加工的“超精细”。

如今对曲线切割的需求量越来越大，尤其在手机制造行业，制造商们希望生产几何形状更复杂的屏幕，超快激光优势更加显著

此外，非接触式加工也可避免传统机加方式切割容易发生崩边、裂纹等问题，具有精度高、不产生微裂纹、破碎或碎片问题、边缘抗破裂性高、无需冲洗、打磨、抛光等二次制造成本等优点，降低成本的同时大幅提高了工件良率及加工效率[3]。

超快激光切割原理

通常的长脉冲激光，如脉宽为微秒、纳秒的激光加工，其原理是基于材料中的电子共振线性吸收获得的能量，将材料逐步熔化、蒸发移除。由于激光脉冲持续时间较长，远大于材料热扩散的时间，电子传递给离子的能量很高，热扩散涉及比焦点更大的区域，激光聚焦点周围一个较大的体积会被熔化，使得加工区域边缘不清晰，加工精度有限。

超快激光在极短的时间和极小的空间内物质相互作用，作用区域内的温度在瞬间内急剧上升，并以等离子体向外喷发的形式得到去除，极大的避免了热熔化的存在，大大减弱和消除了传统机械加工中热效应带来的诸多负面影响，超快激光微加工和材料相互作用的时间很短，使得能量以等离子体的形式被瞬间带走，热量来不及在材料内部扩散，热影响非常小，不会产生重铸层，属于冷加工，呈现锐利的加工边缘，加工精度高。

在切割玻璃的时候，一个比较典型的方式，就是采用成丝的方式切割玻璃。

什么是成丝效应？

玻璃切割通过特定形式的内部变形来实现，需要利用由超快激光器聚焦光束提供的超高功率密度。在这个过程中，受非线性克尔光学效应影响，超高密度的激光光束会产生自聚焦现象。这种自聚焦会进一步提高功率密度，直到达到某一阈值后在材料中产生低密度等离子体。这种等离子体会降低材料在光束路径中间的折射率，并会造成光束散焦。通过适当配置光束聚焦光学部件，可以让这种聚焦/散焦效应达到平衡，从而实现周期性重复并在光学透明材料中形成长达数毫米、较为稳定的光丝。