ガラス穴あけ加工の現状
ガラスは透明性と化学的安定性に優れ、生活の中で広く使用されています。医療、化学、太陽光発電などの特殊ガラスの分野では、科学技術の発展に伴い、需要も年々増加しています。以下は、一般的なガラスの分類とその加工特性です。
1. ソーダ石灰ガラス、超白色ガラス、K9ガラス
● ソーダ石灰ガラス（一般ガラス）
● 超白ガラス（低鉄ガラス）
● K9ガラス
このタイプのガラスは靭性と硬度に優れており、0-20mm の厚さの穴あけに適しています。
2. 高ホウケイ酸ガラスと石英ガラス
●高ホウケイ酸ガラス：優れた光透過性能と極めて低い熱膨張係数。
● 石英ガラス：光学レンズによく使用され、非常に高い硬度を誇ります。
このタイプのガラスを加工する場合、通常は熱膨張収縮法またはレーザー分割法が使用されます。レーザー技術の継続的な発展に伴い、レーザーガラス穴あけは徐々に新しい加工オプションになりました。高硬度ガラスの加工には、高ピークパワーレーザーが必要です。
3. 強化ガラス
強化ガラスは、化学的または物理的方法によって表面に圧縮応力を形成し、ガラスの強度と支持力を向上させるプレストレストガラスです。耐風圧、耐寒性、耐熱性、耐衝撃性がすべて強化されています。ただし、強化ガラスは加工後に切断できません。強化ガラスが破損した場合、破片はハニカム状の鈍角粒子であり、人体への害を軽減します。
ガラスの種類によって、用途に応じた利点と処理要件が異なります。適切な処理方法とツールを選択することが、処理品質を確保する鍵となります。
レーザーガラス穴あけの利点
ガラスの穴あけはガラスの生産と深加工における重要な工程であり、その重要性は明らかです。現在、伝統的なガラス切断工程には主にツールCNC切断とウォータージェットCNC切断が含まれます。小規模企業や予算が限られている企業にとって、これらの2つの伝統的な切断方法はコストが高いため、推進して使用することは困難です。
非接触加工であるレーザーガラス穴あけ加工では、集束した高エネルギー密度のレーザービームを使用してガラスを溶かしたり、気化させたりします。レーザーはガラスの光透過率を利用してガラスの最下層に焦点を合わせ、2.5Dガルバノメーターで高速スキャンして下から上に向かってガラスを1層ずつ取り除きます。さまざまな厚さや種類のガラスを加工できます。初期投資コストに加えて、レーザーガラス切断にはその後の消耗品コストが不要であり、徐々にガラス加工業界にとって重要な選択肢となっています。
今回、2.5Dガルバノメーターを備えたJPT YDFLP-M8-200-SW-V2レーザーと3次元切断ソフトウェアおよびハードウェアシステムを使用して実験を行い、従来の丸穴または特殊形状のガラスの打ち抜きと切断を実現しました。このシステムは、従来の機械掘削と比較して、処理効率が高く、メンテナンスコストが低く、熱の影響が小さいという特徴があります。
01 レーザーパラメータがガラスの穴あけに与える影響
① パルス幅がガラスの穴あけに与える影響
以下は超白色ガラスの穴あけ実験です。円の直径は10mm、厚さは3mmです。6nsモード、9nsモード、12nsモードに対応するカットオフ周波数を使用して、パルス幅がガラスの切断に与える影響をテストします。
実験により、9nsでのエッジ崩壊の平均値と最大値が最も優れており、次に6nsが続き、これも優れたエッジ崩壊性能を持っていると結論付けることができます。12nsでのエッジ崩壊の平均値と最大値はわずかに大きくなっています。これは、熱の蓄積により12nsでエッジ崩壊が発生するためです。適切な単一パルスエネルギーとピークパワーは、エッジ崩壊の制御に重要な影響を及ぼします。同じパルス幅で単一パルスエネルギーが高く、ピークパワーが高いほど、処理効果は向上します。
②繰り返し周波数がガラスの穴あけ加工に与える影響
実験により、繰り返し周波数がカットオフ周波数のとき、処理効率が最も高く、処理時間が短縮されて熱蓄積が減少し、エッジチッピングが90％と110％に比べて最も小さいことが結論付けられます。周波数がカットオフ周波数より低い場合、平均出力電力が低くなり、効率が低下します。周波数がカットオフ周波数より高い場合、単一パルスエネルギーとピーク電力が低下し、効率が低下します。
③ガラスの穴あけ加工における電力の影響
レーザーの出力は、加工の効率と時間に影響します。レーザー出力が効率に及ぼす重要な影響をさらに調査するために、実験では同じパラメータを使用して、出力パーセンテージのみを変更します。パラメータは、9nsモード280k周波数として選択され、出力パーセンテージは70％、80％、90％に設定されています。厚さ3mmの白いガラスに直径10mmの穴を開ける効率をテストします。
実験により、平均出力が増加するとレーザーのピーク出力が増加し、同じ厚さおよび同じ直径の穴を開けるのに必要な時間が短縮されることがわかりました。
02 レーザー特殊形状穴あけ実験
レーザーはレーザービームを出力し、ガルバノメーターモーターは高速移動によってレーザービームの高速移動を実現し、その後、F-θレンズを介して作業範囲に焦点を合わせます。この処理方法は便利で、制御可能で、調整可能であり、自動化処理と設備の統合に競争力のあるソリューションを提供します。
03 異なる厚さのガラスの穴あけ実験
ガラス穴あけ業界では、効率の向上とコストの削減が共通の課題となっています。業界の悩みや困難を解決することが、Jept のたゆまぬ開発目標です。単一パルスのエネルギーとピーク電力が大きくなると、処理効率が大幅に向上します。
04 JPT M8シリーズレーザー
JPT M8シリーズレーザーは、マスターオシレーターパワーアンプMOPA構造を採用しています。2021年の発売以来、複数の反復、アップグレード、最適化を経て、さまざまな用途向けにさまざまな出力レベルのレーザーを開発してきました。中低出力レーザー（20ワットや50ワットなど）は、熱に弱い材料の表面処理やエッチングに適しています。中高出力レーザー（100ワット〜300ワット）は、深切り、深彫り、ガラスのつや消しなど、高効率で需要の高い用途で優れた性能を発揮します。
M8シリーズは、JPT M7シリーズの独立調整可能なパルス周波数機能を維持しながら、パルスピークパワーとビーム品質の最適化に重点を置いています。このシリーズは、ピークパワーが最大300KWの高出力作業条件下でも優れたビーム品質を維持できます。効率的なM8シリーズレーザーは、産業オートメーション処理の分野に新しい効率的な処理方法をもたらしました。
05 複雑な材料特性の応用
M8シリーズの高ピークレーザーの特性により、プラスチックへのマーキングなど、通常の赤外線ファイバーレーザーでは実現できない効果が得られます。プラスチックには多くの一般的な種類があります。通常、1064nmの赤外線ファイバーレーザーはプラスチック材料へのマーキングには適していないと考えられています。UV固体レーザーまたはCO2レーザーが一般的に使用されています。ただし、高ピークレーザーの低熱特性により、このマーキングが可能になります。
従来の接触加工に存在するさまざまな問題と比較して、高ピーク高出力レーザーの非接触加工法には大きな利点があります。初期投資は大きいですが、その後の加工はより安定しており、継続的な投資が少なくて済みます。複雑な材料特性と物理的特性を持つ加工アプリケーションでは、JPT M8シリーズの高ピークレーザーは、優れたビーム品質と調整可能なパラメータ選択により、簡単に処理して高品質で加工を完了できます。
