Применение технологии лазерного управляемого термораскалывания для резки тонкого покровного стекла в производстве солнечных батарей, страница 2

6.  Мощность, потребляемая излучателем - не более 1200 Вт.

Конструктивные параметры

7.  Охлаждение принудительное жидкостное, параметры излучателя обеспечиваются при расходе охлаждающей жидкости - не менее 4.5…5 л/мин, и температуре на входе -      15 °С. Давление на входе - не более 3…4 бар, охлаждающая жидкость - вода. Габаритные размеры излучателя - 165 х 140 х 70мм.

8.  Надежность. Средний ресурс - 10000 ч.

Заготовка устанавливается на трехкоординатном X-Y-φ столе 15-17, изготовленном на базе линейных шаговых двигателей. Излучение лазера, расположенное на станине горизонтально, с помощью поворотного зеркала 3 направляется в фокусирующий объектив 10, размещенный на Z-приводе 9. В объективе используется сферически-цилиндрическая оптика, обеспечивающая формирование пучка эллиптической формы.

Для нанесения первичного концентратора напряжений на краю стеклянной пластины используется механизм нанесения дефекта, включающий алмазную пирамидку и коил-мотор 11, закрепленный на трехкоординатной системе подвижек для точного совмещения алмазной пирамидки с линией реза. На аналогичной системе подвижек установлена форсунка 12 для подачи хладагента в зону резки.

На данной установке были проведены экспериментальные работы по исследованию и оптимизации режимов  лазерного  термораскалывания стеклянных пластин толщиной 0,12 мм, 0,17 мм и 0,27 мм.

Режимы резки с помощью  сквозного  термораскалывания приведены в таблице 1.

№ п/п	Толщина стекла, мм	Плотность мощности излучения, Вт/мм2	Скорость резки, мм/с	Отклонение линии реза, мкм
1	0,12	4-5,5	250-260	30-40
2	0,17	4-5,5	200-210	18-30
3	0,27	4-5,5	160-180	20-25

Отработка резки в режиме микротрещины столкнулась с некоторыми сложностями. Необходимый для этого модовый состав TEM₀₀ + TEM₀₁ имеющаяся в распоряжении лазерная установка выдерживает недостаточно стабильно. Было принято решение перейти к одномодовому режиму излучения с некоторым дополнением – выходной пучок разделяется на две части препятствием, по толщине сравнимым с длиной волны излучения. Получающаяся после фокусирующей системы дифракционная картина получается близкой к той, что обеспечивалась модовым составом TEM₀₀ + TEM₀₁. В данный момент устанавливается и исследуется взаимосвязь между основными параметрами, характеризующими процесс разделения пластины в режиме микротрещины, с целью достичь стабильности резки, приемлемой для промышленного  применения. Результаты экспериментальной работы, имеющиеся на данный момент,  можно охарактеризовать следующим образом:

1.   Установка обеспечивает вырезку стеклянных пластин:

толщиной, мм                                                                               - 0,1 ÷ 0,5 габаритами, мм                                                                       - 10х10÷150х150

2.   Точность габаритных размеров  вырезанной пластины -  не хуже,мм                                                           -  ± 0,025

3.  Скорость резки пластин толщиной 0,1 ÷ 0,5 мм , не менее , мм/сек      - 30

4. Края пластины, обрезанной лазером, гладкие, не имеют наплывов, утолщений в виде галтелей, микротрещин, термонапряжений, которые  могли  бы привести  к растрескиванию  при термоциклировании.

5. Поверхность  пластины  при резке  не   загрязнятся,  в том  числе продуктами  расплава  и  испарения.

6. Края  пластины - параллельны в пределах  0,05 мм  на  длине  75 мм.

7. Стороны   пластины   взаимно перпендикулярны в пределах  90⁰ ± 3´.

8. На краях вырезанной пластины не образуется сколов размером более 0,01 мм  в проекции на лицевую поверхность стекла и максимальной длиной 0,06 мм.  Угловые сколы не  превышают  по гипотенузе  0,075 мм.  Предельное допустимое количество сколов на  одно  стекло - 4

9.  Разрешение по координатам «X», «У», мм                                           0,001

10. Точность угла поворота по координате «F», минут                              +- 1

11  Разрешение по координате «F», минут                                                     0,6

Среднее время, необходимое на вырезку одной шестигранной пластины – 60-80 секунд.

Испытания на прочность показали увеличение прочности вырезанных пластин по сравнению со скрайбированием в 1,5-2 раза.

Процент брака около 5 %, что в 5-6 раз ниже по сравнению с ранее применяемым методом. По мере совершенствования техпроцесса процент брака может быть снижен еще на 2-3 %.

Литература

1.  Кондратенко В.С. Способ резки хрупких материалов. // Патент РФ N2024441 МКИ5 СО3 В 33/02, 1991г.

2.  Кондратенко В.С., Борисовский В.Е., Гиндин П.Д., Колесник В.Д., Наумов А.С., Сорокин А.В., Стародубцева Л. Ф., Ханов С. Г. Лазерная установка для резки сверхтонких стекол. // Сборник трудов международной научно-технической конференции <Информационные технологии в науке, технике и образовании>, том I, 12-19 ноября 2006 г., Египет