SmartCleave-Schneiden: Ein klarer Gewinner für die Präzisionsglasherstellung

Glas ist im wahrsten Sinne des Wortes allgegenwärtig, und das schon seit über 5.000 Jahren. Dabei wird leicht übersehen, dass es sich um ein einzigartiges Material mit einer sehr nützlichen Kombination physikalischer Eigenschaften handelt. Die offensichtlichste und eine der wertvollsten ist die Transparenz.

Aber Glas ist auch mechanisch stabil und relativ kratzfest. Außerdem reagiert es nicht mit den meisten Chemikalien - auch nicht mit vielen starken Säuren. Und weder Flüssigkeiten noch Gase können es durchdringen. Glas ist sogar biokompatibel, was bedeutet, dass sterilisiertes Glas sicher in den menschlichen Körper implantiert werden kann.

Aus diesen und anderen Gründen hat sich die Verwendung von Glas weit über die uns bekannten Gebäude- und Autofenster hinaus zu immer anspruchsvolleren Produkten entwickelt. Es wird bereits in medizinischen Geräten, biowissenschaftlichen Instrumenten, Halbleiterwerkzeugen und in der Unterhaltungselektronik eingesetzt. Im letzteren Fall wird es für Bildschirme in Telefonen, Laptops, Tablets und Fernsehern verwendet.

Die alten Methoden sind nicht mehr zeitgemäß

In vielen dieser hochtechnologischen Anwendungen gibt es einen ständigen Druck, die Produkte immer ausgefeilter, aber auch kleiner und leichter zu machen. In Bezug auf die Verwendung von Glas bedeutet dies in der Regel, dass dünnere Teile benötigt werden, oft mit gebogenen Kanten oder Ausschnitten. Ein Beispiel hierfür wäre ein Smartphone-Display, das eine Aussparung für die Home-Taste hat.

Diese Nachfrage stellt jedoch eine Herausforderung dar. Das liegt daran, dass mit herkömmlichen Glasschneidverfahren – wie das gute, altmodische mechanische Schneiden mit einem Hartmetallwerkzeug oder das Wasserstrahlschneiden – nicht ohne weiteres wirklich dünne Glasteile bearbeitet oder diese Art von Merkmalen – insbesondere enge Kurven – hergestellt werden können. Zumindest nicht innerhalb der geforderten Kosten- und Produktionszeitbeschränkungen. Selbst mit den üblichen Laserschneidverfahren für Glas ist es nicht möglich, die für die Vermarktung erforderlichen Geschwindigkeiten kostengünstig zu erreichen.

Außerdem entstehen bei diesen älteren Glasschneidverfahren sehr kleine Risse und Restspannungen im Glas. Dadurch wird das Glas bei der späteren Weiterverarbeitung und Verwendung sehr viel bruchanfälliger. Denn seltsamerweise zeigt sich, dass bei Glasbruch der Riss fast immer am äußeren Rand beginnt, auch wenn die Kraft in der Mitte aufgebracht wird.

Bei den meisten Glasschneidverfahren entstehen außerdem kleine Splitter und Rückstände sowie eine Schnittkante, die nicht unbedingt senkrecht zur Glasoberfläche verläuft. Aus diesem Grund können verschiedene zusätzliche Schritte, wie das Schleifen oder Polieren der Schnittfläche, erforderlich sein.

Für den Hersteller bedeuten alle zusätzlichen Bearbeitungsschritte, die nach dem Schneiden erforderlich sind, einen Anstieg der Produktionszeit und der Kosten. Außerdem können sie sich negativ auf die Umwelt auswirken, wenn Abfälle entstehen, die schwer zu entsorgen sind, oder viel Wasser für die Reinigung erforderlich machen.

SmartCleave beschleunigt das Präzisionslaserschneiden von Glas

Eine neue Schneidmethode mit der Bezeichnung „Filamentation“ wurde speziell entwickelt, um dem wachsenden Bedarf an präzisem, spannungsfreiem, rückstandsfreiem Freiformschneiden von dünnem Glas gerecht zu werden. Für die Filamentation ist ein Ultrakurzpulslaser (USP) erforderlich, da nur dieser die sehr hohe Spitzenleistung erzeugen kann, die für diese Technik erforderlich ist.

Bei der Filamentation wird der USP-Laser auf das Glas fokussiert, um eine Reihe mikroskopisch kleiner Hohlräume (oder Filamente) zu erzeugen, die mehrere Millimeter tief sein können. Für einen kontinuierlichen Schnitt wird der Laserstrahl entsprechend dem gewünschten Schema relativ zum Glas bewegt, wodurch eine Reihe von sehr eng beieinander liegenden Filamenten erzeugt wird. Je nach Glasstärke und -art trennt sich das Teil entweder direkt entlang des Schnittes oder es kann durch Erhitzen getrennt werden.

Die Filamentation ermöglicht das Hochgeschwindigkeitsschneiden von Kurven und Einschnitten (ohne Verjüngung) in Glas mit einer Dicke von 0,05 mm bis 10 mm. Und es funktioniert sogar mit chemisch gehärtetem Glas, das häufig für Touchscreens verwendet wird.

Coherent hat eine eigene Form des Filamentationsschneidens entwickelt, die wir SmartCleave nennen. Diese Methode nutzt speziell die einzigartigen Eigenschaften unserer USP-Laser der HyperRapid-Serie. Eine davon ist der so genannte "Burst-Mode"-Betrieb, bei dem der Laser eine schnelle Reihe von Impulsen abgibt. Dies führt zu einem sanfteren Erwärmungsprofil als eine Reihe von Impulsen mit der gleichen Gesamtenergie, die jedoch über einen längeren Zeitraum abgegeben werden.

Die Vorteile von SmartCleave sind eine Steigerung der Schnittgeschwindigkeit um den Faktor zwei. Außerdem sind die Löcher glatter und geradliniger als bei anderen Filamentationsschneidverfahren. Außerdem erzeugt SmartCleave eine Schnittkante, die frei von Mikrorissen, Splittern und Rückständen ist. All dies verbessert die Produktionsleistung und senkt die Kosten durch den Wegfall von Nachbearbeitungsschritten. Darüber hinaus ergibt sich ein mechanisch stärkeres fertiges Glasteil.

Die Verwendung von Glas in Hightech-Produkten wird ohne Frage weitergehen, denn es gibt nichts Vergleichbares. Das SmartCleave-Schneiden ermöglicht die Herstellung von Glaskomponenten mit der Präzision, die diese anspruchsvollen neuen Anwendungen erfordern. Erfahren Sie mehr über SmartCleave zum Schneiden von Glas-, Saphir-, Keramik- und Kompositwerkstoffen.