[go: up one dir, main page]

RU2238918C2 - Method for cutting of frangible non-metallic materials - Google Patents

Method for cutting of frangible non-metallic materials Download PDF

Info

Publication number
RU2238918C2
RU2238918C2 RU2002114928/03A RU2002114928A RU2238918C2 RU 2238918 C2 RU2238918 C2 RU 2238918C2 RU 2002114928/03 A RU2002114928/03 A RU 2002114928/03A RU 2002114928 A RU2002114928 A RU 2002114928A RU 2238918 C2 RU2238918 C2 RU 2238918C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutting
laser beam
line
elastic waves
cut
Prior art date
Application number
RU2002114928/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002114928A (en
Inventor
В.С. Кондратенко (RU)
В.С. Кондратенко
Original Assignee
Кондратенко Владимир Степанович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кондратенко Владимир Степанович filed Critical Кондратенко Владимир Степанович
Priority to RU2002114928/03A priority Critical patent/RU2238918C2/en
Priority to PCT/RU2002/000318 priority patent/WO2003010102A1/en
Priority to KR1020047000952A priority patent/KR100845391B1/en
Priority to EP02758989A priority patent/EP1422201A4/en
Priority to JP2003515462A priority patent/JP2004536759A/en
Priority to CNB028143183A priority patent/CN1223531C/en
Publication of RU2002114928A publication Critical patent/RU2002114928A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2238918C2 publication Critical patent/RU2238918C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

FIELD: methods for cutting of glass of any kind, including quartz glass, various kinds of monocrystals, such as sapphire and quartz, ceramic, semiconductors, such as silicon, gallium arsenide etc.
SUBSTANCE: method involves heating material surface along cutting line by laser beam and providing additional action upon material; performing non-through notching of material along cutting line in laser beam heated zone. Additional action upon material surface involves using at least one source of elastic wave, with pulsed laser radiation being used as such source and said material being impermeable for such radiation. Elastic wave amplitude and frequency are selected depending on whether non-through notching or cutting through operation is performed. In cutting of some materials, it is recommended that, after heating of material surface along cutting line with laser beam, heated zone be additionally cooled by means of coolant, with elastic waves acting in zone of exposing of material surface to coolant. Cutting process may be performed in single or various process cycles at equal cutting speeds. Cutting lines may be made intersecting. Also, double-layer packets of materials may be cut.
EFFECT: increased efficiency, wider range of use and improved quality of cutting of fragile non-metal materials.
7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам резки хрупких неметаллических материалов, таких как любой тип стекла, включая кварцевое стекло, различные монокристаллы, например сапфир и кварц, все типы керамики, а также такие полупроводниковые материалы, как кремний, арсенид галлия и другие.The invention relates to methods for cutting brittle non-metallic materials, such as any type of glass, including quartz glass, various single crystals, for example sapphire and quartz, all types of ceramics, as well as semiconductor materials such as silicon, gallium arsenide and others.

Настоящее изобретение может быть использовано в различных областях техники для высокоточной и высокопроизводительной резки широкого класса материалов как на всю толщину разрезаемого материала, так и на любую задаваемую глубину. При этом возможно в процессе резки по одной линии реза осуществить чередование сквозных резов с несквозными резами на заданную глубину. Представляется высокоэффективным использование данного изобретения для сквозной резки стекла толщиной от 0,1 до 20 мм, в том числе в процессе выработки стекла. Кроме того, обеспечивается резка с пересекающимися линиями реза без ухудшения качества резки в точках пересечения. Также обеспечивается резка как однослойных материалов, так и склеенных пакетов, что чрезвычайно важно при резке таких изделий, как плоские дисплейные экраны (FPD), в том числе жидкокристаллические экраны (LCD). Еще одной особенностью настоящего изобретения является возможность сквозной резки как под прямым углом к поверхности материала, так и с наклоном к поверхности разрезаемого материала. Последний прием очень важен при резке дисков или других изделий с замкнутым контуром.The present invention can be used in various fields of technology for high-precision and high-performance cutting of a wide class of materials both for the entire thickness of the material being cut and for any given depth. In this case, it is possible during the cutting process along one cutting line to alternate through cuts with non-through cuts to a given depth. It seems highly effective to use this invention for through cutting of glass with a thickness of 0.1 to 20 mm, including in the process of glass production. In addition, cutting with intersecting cutting lines is ensured without compromising the quality of cutting at the intersection points. It also provides cutting of both single-layer materials and glued bags, which is extremely important when cutting products such as flat panel displays (FPDs), including liquid crystal screens (LCDs). Another feature of the present invention is the ability to cut through both at right angles to the surface of the material, and with an inclination to the surface of the material being cut. The last trick is very important when cutting discs or other products with a closed loop.

Известен способ резки хрупких неметаллических материалов, включающий предварительное нанесение царапины с помощью алмазного инструмента по линии реза, нагрев линии реза лазерньм пучком при относительном перемещении материала и пучка и локальное охлаждение зоны нагрева с помощью хладагента (PCT/GB93/00699). Данный способ позволяет осуществлять не только надрез, но и сквозную резку стекла либо других хрупких неметаллических материалов за счет применения повторного нагрева линии реза с помощью лазерного пучка или другого теплового источника. Однако прием повторного термического нагрева с целью докалывания материала относительно линии надреза имеет существенные ограничения в своих возможностях.A known method of cutting brittle non-metallic materials, including preliminary scratching with a diamond tool along the cutting line, heating the cutting line with a laser beam with relative movement of the material and the beam, and local cooling of the heating zone using refrigerant (PCT / GB93 / 00699). This method allows not only notching, but also through cutting of glass or other brittle non-metallic materials through the use of re-heating the cut line using a laser beam or other heat source. However, the method of repeated thermal heating in order to pierce the material relative to the notch line has significant limitations in its capabilities.

Недостатком указанного способа резки является низкая производительность процесса резки. Дело в том, что из-за низкой теплопроводности стекла углубление надреза может происходить только при низкой скорости перемещения, которая обеспечила бы прогрев материала на большую глубину. Более того, при высокой скорости относительного перемещения лазерного пучка и стекла после локального охлаждения линии нагрева в стекле образуется очень неглубокая микротрещина, углубление которой за счет повторного нагрева невозможно. Поэтому такой способ резки не может найти широкого практического применения из-за низкой скорости резки.The disadvantage of this method of cutting is the low productivity of the cutting process. The fact is that due to the low thermal conductivity of the glass, a deepening of the incision can occur only at a low speed of movement, which would ensure heating of the material to a greater depth. Moreover, at a high relative velocity of the laser beam and glass after local cooling of the heating line, a very shallow microcrack forms in the glass, the deepening of which is impossible due to reheating. Therefore, this method of cutting cannot find wide practical application due to the low cutting speed.

Известен способ резки неметаллических материалов, включающий нагрев линии реза лазерным пучком при относительном перемещении материала и пучка, локальное охлаждение зоны нагрева с помощью хладагента и последующий нагрев поверхности материала вдоль линии реза двумя параллельными лазерными пучками (см. Патент США №6259058, МПК 7 В 24 К 26/067, публ. 10. 07. 2001). Как и в предыдущем способе резки, повторный нагрев может обеспечить углубление надреза до сквозной трещины в материале. Однако этому способу присущи те же недостатки, что и в ранее описанном способе резки.A known method of cutting non-metallic materials, including heating the cut line with a laser beam during relative movement of the material and the beam, local cooling of the heating zone with a refrigerant and subsequent heating of the surface of the material along the cut line with two parallel laser beams (see US Patent No. 6259058, IPC 7 V 24 K 26/067, publ. 10.07. 2001). As in the previous cutting method, reheating can provide a deepening of the incision to a through crack in the material. However, this method has the same disadvantages as in the previously described cutting method.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ резки хрупких неметаллических материалов, реализуемый в установке для лазерной обработки хрупких материалов, включающий нагрев одной из поверхностей листа разрезаемого материала лазерным пучком, обеспечивающий образование разделяющей трещины, а также дополнительное механическое воздействие на противоположную поверхность листа (см. Патент РФ №2139779, МКИ В 23 К 26/00, публ. 20. 10. 99).Closest to the technical nature of the present invention is a method of cutting brittle non-metallic materials, implemented in an installation for laser processing of brittle materials, including heating one of the surfaces of the sheet of material to be cut with a laser beam, which ensures the formation of a separating crack, as well as additional mechanical action on the opposite surface of the sheet ( see RF Patent No. 2139779, MKI B 23 K 26/00, publ. 20. 10. 99).

Однако, как в случае применения постоянного механического воздействия на противоположную поверхность материала, так и в сочетании с постукиванием подвижным шариком по поверхности противоположной стороны листа по траектории перемещения лазерного пучка эти приемы позволяют лишь сократить запаздывание сквозной трещины относительно положения лазерного пучка на поверхности материала, но не позволяет повысить скорость резки. Дело в том, что скорость сквозного лазерного термораскалывания определяется в основном теплопроводностью материала, которая весьма низка у стекла и других хрупких неметаллических материалов, для которых предназначен описанный способ резки. Поэтому такой способ резки не нашел широкого практического применения из-за чрезвычайно низкой производительности. Кроме того, качество и точность резки в данном способе резки является очень низкой.However, both in the case of applying constant mechanical action on the opposite surface of the material, and in combination with tapping a moving ball on the surface of the opposite side of the sheet along the path of the laser beam, these techniques can only reduce the delay of the through crack relative to the position of the laser beam on the surface of the material, but not allows to increase the cutting speed. The fact is that the speed of through laser thermal cracking is determined mainly by the thermal conductivity of the material, which is very low for glass and other brittle non-metallic materials for which the described cutting method is intended. Therefore, this method of cutting did not find wide practical application because of the extremely low productivity. In addition, the quality and accuracy of cutting in this method of cutting is very low.

В основу настоящего изобретения положена задача повышения производительности и качества резки хрупких неметаллических материалов за счет возможности осуществления сквозной и несквозной резки как в одном, так и в разных технологических циклах при равной скорости резки, обеспечения возможности осуществления пересекающихся резов, а также за счет возможности резки двухслойных пакетов материалов.The present invention is based on the task of increasing the productivity and cutting quality of brittle non-metallic materials due to the possibility of through and through cutting both in one and in different technological cycles with equal cutting speed, ensuring the possibility of intersecting cuts, and also due to the possibility of cutting two-layer packages of materials.

Поставленная задача решается тем, что в способе резки хрупких неметаллических материалов, включающем нагрев поверхности материала по линии реза с помощью лазерного пучка и дополнительное воздействие на поверхность материала, отличительным является то, что в зоне нагрева лазерным пучком осуществляют несквозной надрез материала по линии реза, а дополнительное воздействие на поверхность материала осуществляют в зоне нанесения надреза по крайней мере одним источником упругих волн, в качестве которого используют импульсное лазерное излучение, для которого материал непрозрачен, при этом амплитуду и частоту упругих волн выбирают из условия углубления надреза на заданную глубину или сквозной резки.The problem is solved in that in the method of cutting brittle non-metallic materials, including heating the surface of the material along the cut line using a laser beam and additional exposure to the surface of the material, it is distinctive that the material is cut through the cutting line through the laser beam and additional impact on the surface of the material is carried out in the zone of application of the incision by at least one source of elastic waves, which is used as a pulsed laser radiation the value for which the material is opaque, while the amplitude and frequency of the elastic waves are selected from the condition of deepening the notch to a given depth or through cutting.

При резке некоторых материалов целесообразно после нагрева поверхности материала по линии реза лазерным пучком дополнительно охлаждать зону нагрева с помощью хладагента, при этом упругие волны воздействуют в зоне воздействия хладагента.When cutting some materials, it is advisable, after heating the surface of the material along the cut line with a laser beam, to additionally cool the heating zone using a refrigerant, while elastic waves act in the zone of exposure to the refrigerant.

В ряде случаев воздействие упругой волны по линии надреза осуществляют после завершения процесса нанесения надреза. Это означает, что углубление надреза или сквозная резка могут осуществляться одновременно с нанесением надреза в одном технологическом цикле, но могут осуществляться и в двух независимых циклах.In some cases, the effect of an elastic wave along the notch line is carried out after completion of the notch application process. This means that the notch deepening or through cutting can be carried out simultaneously with the notching in one technological cycle, but can be carried out in two independent cycles.

В ряде случаев целесообразно осуществлять воздействие упругих волн только в заданных зонах материала по линии реза. Это позволяет в процессе резки по одной линии реза осуществлять чередование сквозных резов с несквозными резами на заданную глубину.In some cases, it is advisable to carry out the action of elastic waves only in predetermined zones of the material along the cut line. This allows the process of cutting along one cutting line to alternate through cuts with non-through cuts to a given depth.

В случае необходимости получения наклонного реза следует соблюдать условие, чтобы линия воздействия источника упругих волн и линия надреза, то есть линия воздействия лазерного пучка и/или хладагента, были смещены относительно плоскости, перпендикулярной поверхности материала.If it is necessary to obtain an inclined cut, it is necessary to observe the condition that the line of action of the source of elastic waves and the cut line, that is, the line of action of the laser beam and / or refrigerant, are offset relative to the plane perpendicular to the surface of the material.

В ряде случаев одновременно воздействуют двумя упругими волнами со стороны нанесения надреза вслед за лазерным пучком и/или хладагентом по обе стороны относительно линии надреза. Например, такой прием целесообразно использовать в тех случаях, когда воздействие упругой волны с противоположной поверхности материала затруднено или не представляется возможным.In some cases, they simultaneously act by two elastic waves from the side of the notch following the laser beam and / or refrigerant on both sides relative to the notch line. For example, such a technique is advisable to use in cases where the action of an elastic wave from the opposite surface of the material is difficult or not possible.

Иногда одновременно формируют упругую волну в объеме материала в зоне надреза, воздействуя упругой волной на противоположную поверхность материала в зоне, расположенной между зон воздействия двух других упругих волн, направленных со стороны воздействия лазерного пучка.Sometimes, an elastic wave is simultaneously formed in the bulk of the material in the incision zone, acting by an elastic wave on the opposite surface of the material in the zone located between the zones of influence of two other elastic waves directed from the side of the laser beam.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by drawings, on which:

на фиг.1 - схема осуществления сквозного углубления надреза с помощью упругой волны, формируемой импульсным лазерным излучением; на фиг.2 - схема воздействия двумя упругими волнами со стороны нанесения надреза; на фиг.3 - схема сквозной резки с применением трех упругих волн, вид сбоку; на фиг.4 - схема сквозной резки с применением трех упругих волн, вид спереди (сечение).figure 1 is a diagram of the implementation of a through deepening of the notch using an elastic wave generated by pulsed laser radiation; figure 2 is a diagram of the impact of two elastic waves from the side of the notch; figure 3 is a diagram of the through cutting using three elastic waves, side view; figure 4 - diagram of the through cutting using three elastic waves, front view (section).

Способ резки хрупких неметаллических материалов за счет осуществления надреза с помощью лазерного излучения и воздействия в зоне надреза упругих волн заключается в следующем.The method of cutting brittle non-metallic materials by making an incision using laser radiation and exposure to elastic waves in the incision zone is as follows.

При нагреве поверхности движущейся со скоростью ν пластины хрупкого неметаллического материала 1 с помощью лазерного пучка 2 и при последующем охлаждении зоны нагрева с помощью хладагента 3 на поверхности материала образуется надрез 4 глубиной δ (фиг.1). При этом надрез может быть выполнен как за счет лазерного скрайбирования, при котором вдоль линии реза с поверхности удаляется часть материала, так и за счет термических напряжений, образующих несквозной надрез (микротрещину) в материале без удаления материала, как без применения хладагента, так и с применением хладагента, как показано на фиг.1.When heating the surface of a plate of brittle non-metallic material moving at a speed ν, using a laser beam 2 and subsequent cooling of the heating zone with a refrigerant 3, an incision 4 of depth δ is formed on the surface of the material (Fig. 1). In this case, an incision can be made both due to laser scribing, in which a part of the material is removed along the cut line from the surface, and due to thermal stresses forming a through notch (microcrack) in the material without removing the material, both without the use of refrigerant and with the use of refrigerant, as shown in figure 1.

Основным отличием предлагаемого изобретения является концентрация упругой волны 5 при воздействии импульсного лазерного излучения 6 на поверхность материала 1 в зоне образования надреза 4, в частности в зоне воздействия лазерного пучка 2 и хладагента 3. Упругая волна возникает в твердом материале при воздействии короткого импульса лазерного излучения, для которого материал непрозрачен, например для стекла и большинства других хрупких диэлектрических материалов - это излучение СО2-лазера с длиной волны 10,6 мкм. Вся энергия импульса лазерного излучения выделяется в виде тепловой энергии в тонком поверхностном слое. Резкое расширение материала в зоне нагрева приводит к образованию в объеме материала упругой волны 5. Следует сразу подчеркнуть, что при этом практически отсутствует какое-либо заметное механическое воздействие на поверхность материала. При этом в зависимости от параметров упругой волны, которые задаются частотой и энергией импульсов лазерного излучения, связанных с основными параметрами нанесения надреза: скоростью и глубиной надреза δ, можно легко осуществить углубление надреза 4 на любую заданную глубину. Изменяя параметры процесса легко получить сквозной рез в материале.The main difference of the invention is the concentration of the elastic wave 5 when exposed to pulsed laser radiation 6 on the surface of the material 1 in the zone of formation of the notch 4, in particular in the zone of influence of the laser beam 2 and refrigerant 3. An elastic wave occurs in a solid material when exposed to a short pulse of laser radiation, for which the material is opaque, for example, for glass and most other brittle dielectric materials, this is the emission of a CO 2 laser with a wavelength of 10.6 μm. All laser pulse energy is released as thermal energy in a thin surface layer. A sharp expansion of the material in the heating zone leads to the formation of an elastic wave 5 in the volume of the material. It should immediately be emphasized that there is practically no noticeable mechanical effect on the surface of the material. Moreover, depending on the parameters of the elastic wave, which are set by the frequency and energy of the laser pulses associated with the main parameters of the notch: the speed and depth of the notch δ, it is easy to deepen the notch 4 to any given depth. By changing the process parameters it is easy to obtain a through cut in the material.

Очень серьезным преимуществом предлагаемого изобретения является возможность воздействия упругой волны только в заданных зонах линии надреза, что позволяет в одном цикле резки чередовать несквозной надрез и сквозной рез. Во-первых, этот прием позволяет осуществлять сквозные пересекающиеся резы без ухудшения качества резки в местах пересечений и без применения дополнительных насечек в местах пересечений. Во-вторых, это позволяет обеспечивать высокую точность и качество резки, так как до полного завершения резки всей пластины на отдельные элементы она сохраняет свои первоначальные габариты и целостность.A very serious advantage of the invention is the possibility of an elastic wave acting only in predetermined areas of the notch line, which allows alternating through-notch and through cuts in one cutting cycle. Firstly, this technique allows you to make through intersecting cuts without compromising the quality of cutting at the intersection and without the use of additional notches at the intersection. Secondly, this allows for high accuracy and quality of cutting, since until the complete cutting of the entire plate into individual elements, it retains its original dimensions and integrity.

Еще одним достоинством предлагаемого способа резки хрупких неметаллических материалов является возможность осуществления сквозного реза под некоторым углом по отношению к плоскости, перпендикулярной поверхности материала. Это может быть обеспечено за счет того, что линия воздействия источника 6 упругих волн 5 и линия воздействия лазерного пучка 2 смещены относительно плоскости, перпендикулярной поверхности материала. В результате такого смещения линия сквозного реза будет иметь наклон к направлению, перпендикулярному поверхности материала. Такой способ резки дает очень хорошие результаты при резке дисков или других изделий с замкнутым контуром резки, так как позволяет достаточно легко извлекать вырезанную деталь из общей заготовки. При этом этот уклон может быть настолько мал, что практически не влияет на точность резки.Another advantage of the proposed method for cutting brittle non-metallic materials is the possibility of a through cut at a certain angle with respect to a plane perpendicular to the surface of the material. This can be achieved due to the fact that the line of action of the source 6 of the elastic waves 5 and the line of action of the laser beam 2 are offset relative to the plane perpendicular to the surface of the material. As a result of such a displacement, the line of the through cut will have an inclination towards the direction perpendicular to the surface of the material. This method of cutting gives very good results when cutting discs or other products with a closed cutting contour, since it makes it quite easy to extract the cut part from a common workpiece. Moreover, this slope can be so small that it practically does not affect the accuracy of cutting.

В ряде случаев воздействие упругой волны на противоположную поверхность материала затруднено или не представляется возможным. В таких случаях одновременно воздействуют двумя упругими волнами 5 на поверхность материала со стороны надреза, то есть со стороны воздействия лазерного пучка 2 и хладагента 3 вслед за лазерным пучком 2 и хладагентом 4 по обе стороны от линии надреза 4 (фиг.2). Дополнительное воздействие двух упругих волн по обе стороны от линии надреза создают дополнительные растягивающие объемные напряжения, которые приводят к углублению надреза или к сквозному резу.In some cases, the effect of an elastic wave on the opposite surface of the material is difficult or not possible. In such cases, two elastic waves 5 act simultaneously on the surface of the material from the notch side, that is, from the side of the laser beam 2 and the refrigerant 3 after the laser beam 2 and the refrigerant 4 on both sides of the notch line 4 (Fig. 2). The additional action of two elastic waves on either side of the notch line creates additional tensile bulk stresses that lead to a deepening of the notch or to a through cut.

Предлагаемый способ резки хрупких неметаллических материалов может быть использован для резки не только однослойных материалов, но и склеенных пластин. На фиг.2 показана схема резки пластины 1, которая склеена с другой пластиной посредством клеевого соединения. В этом случае две упругие волны 5 воздействуют на поверхность материала 1 со стороны нанесения надреза и углубляют надрез на заданную глубину или до сквозного реза.The proposed method for cutting brittle non-metallic materials can be used for cutting not only single-layer materials, but also glued plates. Figure 2 shows the cutting scheme of the plate 1, which is glued to another plate by means of adhesive bonding. In this case, two elastic waves 5 act on the surface of the material 1 from the side of the notch and deepen the notch to a predetermined depth or to a through cut.

В ряде случаев эффективной представляется комбинация воздействия упругих волн одновременно с двух сторон разрезаемого материала 1 (фиг.3, 4). Этот случай наиболее эффективен для сквозной резки толстых листовых материалов.In some cases, it seems effective combination of the action of elastic waves simultaneously from two sides of the material being cut 1 (Figs. 3, 4). This case is most effective for through cutting of thick sheet materials.

Диапазон частот упругих волн, которые могут обеспечить углубление надреза, может быть чрезвычайно широким: от нескольких Гц до высокочастотных колебаний. В качестве источников упругой волны могут быть использованы самые различные варианты. При этом источник упругой волны может быть расположен как со стороны надреза, так и с противоположной поверхности, в зависимости от типа используемого источника упругой волны и конструктивных особенностей используемого оборудования.The frequency range of elastic waves, which can provide a deepening of the notch, can be extremely wide: from a few Hz to high-frequency oscillations. As sources of elastic waves can be used in a variety of options. In this case, the source of the elastic wave can be located both from the notch side and from the opposite surface, depending on the type of source of the elastic wave used and the design features of the equipment used.

Ниже приведены конкретные примеры выполнения предлагаемого способа. В качестве материала для резки использовались пластины из стекла толщиной 0,7 мм. Для проведения тестов по резке использовалась установка, содержащая один многомодовый СO2-лазер мощностью до 100 Вт, предназначенный для осуществления надреза на поверхности материала, и второй импульсный СО2-лазер мощностью до 85 Вт с регулируемой частотой излучения до 40 МГц для формирования упругой волны в материале. Стекло перемещалось с помощью двухкоординатного стола с ходом 670×720 мм, обеспечивающего скорость перемещения до 750 мм/с. Излучение первого лазера фокусировалось на поверхность материала с помощью сферическо-цилиндрической оптики из селенида цинка, обеспечивающей формирование эллиптического пучка длиной 45 мм. При перемещении стекла со скоростью 350 мм/с под воздействием лазерного пучка и хладагента осуществлялся надрез в стекле глубиной 0,12 мм. Излучение импульсного лазера формировалось с помощью оптической системы в два пучка диаметром 1 мм, расположенных по обе стороны надреза на расстоянии 1,5 мм друг от друга. Воздействие упругой волны в зоне образования надреза с частотой 50 кГц обеспечивало углубление надреза до сквозного реза. При этом резка и докалывание осуществлялись одновременно со скоростью 350 мм/с.The following are specific examples of the implementation of the proposed method. As a material for cutting, plates of glass 0.7 mm thick were used. To conduct cutting tests, we used a setup containing one multimode CO 2 laser with a power of up to 100 W, designed to make an incision on the surface of the material, and a second pulsed CO 2 laser with a power of up to 85 W with an adjustable radiation frequency of up to 40 MHz to form an elastic wave in the material. Glass was moved using a two-coordinate table with a stroke of 670 × 720 mm, providing a speed of movement of up to 750 mm / s. The radiation from the first laser was focused on the surface of the material using spherical-cylindrical optics of zinc selenide, which ensures the formation of an elliptical beam with a length of 45 mm. When moving the glass at a speed of 350 mm / s under the influence of the laser beam and the refrigerant, an incision was made in the glass with a depth of 0.12 mm. The radiation of a pulsed laser was formed using an optical system in two beams with a diameter of 1 mm, located on both sides of the notch at a distance of 1.5 mm from each other. The action of an elastic wave in the notch formation zone with a frequency of 50 kHz ensured a notch deepening to a through cut. In this case, cutting and piercing were carried out simultaneously with a speed of 350 mm / s.

При этом, поскольку резка осуществляется насквозь и, следовательно, отпадает необходимость в проведении дополнительного разламывания заготовки на вырезанные элементы, то качество и точность полученных деталей значительно возрастают.Moreover, since cutting is carried out through and therefore, there is no need to carry out additional breaking of the workpiece into cut elements, the quality and accuracy of the parts obtained significantly increase.

Claims (7)

1. Способ резки хрупких неметаллических материалов, включающий нагрев поверхности материала по линии реза с помощью лазерного пучка и дополнительное воздействие на поверхность материала, отличающийся тем, что в зоне нагрева лазерным пучком осуществляют несквозной надрез материала по линии реза, а дополнительное воздействие на поверхность материала осуществляют в зоне нанесения надреза по крайней мере одним источником упругих волн, в качестве которого используют импульсное лазерное излучение, для которого материал непрозрачен, при этом амплитуду и частоту упругих волн выбирают из условия углубления надреза на заданную глубину или сквозной резки.1. The method of cutting brittle non-metallic materials, including heating the surface of the material along the cut line using a laser beam and additional exposure to the surface of the material, characterized in that in the heating zone with a laser beam, a through cut of the material along the cutting line is carried out, and additional exposure to the surface of the material is carried out in the incision zone with at least one source of elastic waves, for which pulsed laser radiation is used, for which the material is opaque, at m amplitude and frequency of the elastic wave is selected from the condition recess cut to a predetermined depth or cutting through. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после нагрева поверхности материала лазерным пучком дополнительно охлаждают зону нагрева с помощью хладагента, при этом упругими волнами воздействуют на поверхность материала в зоне действия хладагента.2. The method according to claim 1, characterized in that after heating the surface of the material with a laser beam, the heating zone is additionally cooled with the help of a refrigerant, with elastic waves acting on the surface of the material in the area of action of the refrigerant. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что воздействие упругой волной осуществляют по линии надреза после завершения процесса нанесения надреза.3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the elastic wave is carried out along the notch line after completion of the notching process. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что воздействие упругими волнами осуществляют только в заданных зонах материала по линии реза.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the action of elastic waves is carried out only in predetermined zones of the material along the cut line. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что линия воздействия источника упругих волн и линия воздействия лазерного пучка и/или хладагента смещены относительно плоскости, перпендикулярной поверхности материала.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the line of action of the source of elastic waves and the line of action of the laser beam and / or refrigerant are offset from a plane perpendicular to the surface of the material. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что воздействуют одновременно двумя источниками упругих волн со стороны нанесения надреза вслед за лазерным пучком и/или хладагентом по обе стороны от линии надреза.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that they act simultaneously by two sources of elastic waves from the side of the notch following the laser beam and / or refrigerant on both sides of the notch line. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что одновременно на противоположную поверхность материала воздействуют упругой волной в зоне, расположенной между зон воздействия двух других упругих волн, направленных со стороны воздействия лазерного пучка.7. The method according to claim 6, characterized in that at the same time on the opposite surface of the material is affected by an elastic wave in the zone located between the zones of influence of two other elastic waves directed from the side of the laser beam.
RU2002114928/03A 2001-07-25 2002-06-07 Method for cutting of frangible non-metallic materials RU2238918C2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002114928/03A RU2238918C2 (en) 2002-06-07 2002-06-07 Method for cutting of frangible non-metallic materials
PCT/RU2002/000318 WO2003010102A1 (en) 2001-07-25 2002-07-02 Cutting method for brittle non-metallic materials (two variants)
KR1020047000952A KR100845391B1 (en) 2001-07-25 2002-07-02 Cutting of fragile nonmetallic materials (two variants)
EP02758989A EP1422201A4 (en) 2001-07-25 2002-07-02 Cutting method for brittle non-metallic materials (two variants)
JP2003515462A JP2004536759A (en) 2001-07-25 2002-07-02 How to cut brittle non-metallic materials
CNB028143183A CN1223531C (en) 2001-07-25 2002-07-02 Cutting methods for brittle non-metallic materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002114928/03A RU2238918C2 (en) 2002-06-07 2002-06-07 Method for cutting of frangible non-metallic materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002114928A RU2002114928A (en) 2003-12-27
RU2238918C2 true RU2238918C2 (en) 2004-10-27

Family

ID=33537012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002114928/03A RU2238918C2 (en) 2001-07-25 2002-06-07 Method for cutting of frangible non-metallic materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2238918C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2333163C1 (en) * 2007-07-09 2008-09-10 Владимир Степанович Кондратенко Method of brittle nonmetalie materials cutting (versions)
RU2371397C2 (en) * 2007-12-24 2009-10-27 Валентин Константинович Сысоев Method for cutting of brittle nonmetal materials
RU2404931C1 (en) * 2009-08-28 2010-11-27 Владимир Степанович Кондратенко Method of cutting plates from fragile materials
RU2617482C1 (en) * 2015-12-03 2017-04-25 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Method of brittle materials cutting

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5237150A (en) * 1990-01-19 1993-08-17 Fanuc Ltd. Method of cutting workpiece with laser beam
WO1993020015A1 (en) * 1992-04-02 1993-10-14 Fonon Technology Limited Splitting of non-metallic materials
WO2001032571A1 (en) * 1999-11-01 2001-05-10 P.T.G. Precision Technology Center Llc Laser driven glass cut-initiation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5237150A (en) * 1990-01-19 1993-08-17 Fanuc Ltd. Method of cutting workpiece with laser beam
WO1993020015A1 (en) * 1992-04-02 1993-10-14 Fonon Technology Limited Splitting of non-metallic materials
WO2001032571A1 (en) * 1999-11-01 2001-05-10 P.T.G. Precision Technology Center Llc Laser driven glass cut-initiation

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2333163C1 (en) * 2007-07-09 2008-09-10 Владимир Степанович Кондратенко Method of brittle nonmetalie materials cutting (versions)
RU2371397C2 (en) * 2007-12-24 2009-10-27 Валентин Константинович Сысоев Method for cutting of brittle nonmetal materials
RU2404931C1 (en) * 2009-08-28 2010-11-27 Владимир Степанович Кондратенко Method of cutting plates from fragile materials
RU2617482C1 (en) * 2015-12-03 2017-04-25 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Method of brittle materials cutting

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2206525C2 (en) Method of cutting friable non-metallic materials
US6653210B2 (en) Method and apparatus for cutting a non-metallic substrate using a laser beam
KR101998761B1 (en) Method and apparatus for performing laser filamentation within transparent materials
RU2226183C2 (en) Method for cutting of transparent non-metal materials
US6541730B2 (en) Method and apparatus for cutting a non-metal substrate by using a laser beam
KR102165804B1 (en) Method and device for laser-based machining of flat substrates
US8513567B2 (en) Laser processing method for forming a modified region for cutting in an object
CN101351870B (en) Laser beam machining method and semiconductor chip
JP2000156358A (en) Method and device for processing transparent medium using laser
Cheng et al. Laser beam induced thermal-crack propagation for asymmetric linear cutting of silicon wafer
KR100845391B1 (en) Cutting of fragile nonmetallic materials (two variants)
RU2238918C2 (en) Method for cutting of frangible non-metallic materials
JP2004035315A (en) Method and apparatus for dividing brittle material substrates
RU2404931C1 (en) Method of cutting plates from fragile materials
US20190363017A1 (en) Die sawing singulation systems and methods
RU2206528C2 (en) Method of cutting friable non-metallic materials (versions)
RU2720791C1 (en) Method of laser processing of transparent brittle material and device for its implementation
RU2617482C1 (en) Method of brittle materials cutting
RU2206527C2 (en) Method of cutting friable non-metallic materials (versions)
RU2206526C2 (en) Method of cutting friable non-metallic materials
RU2163226C1 (en) Method of blunting of article sharp edges (versions)
RU2829300C1 (en) Method for laser cutting of ingots of non-metallic materials into plates
RU2237622C2 (en) Method for cutting of frangible non-metallic materials
RU2839321C1 (en) Method for laser cutting of ingots of non-metallic materials into plates
RU2254299C1 (en) Method of separation of solid transparent laminas with the light-emitting or microelectronic structures

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060608