Was ist Nullbreiten-Laserschneiden?

Wir sind mit den Nachteilen des traditionellen industriellen Schneidens vertraut. Materialverlust, Ecken und Kanten, geschwächte Strukturen – ziemlich frustrierend, oder? Aber was wäre, wenn es eine hochmoderne Lasertechnik gäbe, die nicht nur diese Probleme beseitigt, sondern auch Materialien verstärkt?

Betreten Sie das Nullbreiten-Laserschneiden – ein echter Game-Changer! Lassen Sie uns in diese revolutionäre Methode eintauchen und ihre Funktionsweise, ihre Vorteile und ihr unübertroffenes Potenzial entdecken.

Was ist Nullbreiten-Laserschneiden?

Laserschneiden mit Nullbreite (ZWLC) ist ein berührungsloses Schneidverfahren für spröde Materialien Gefällt mir Glas und Quarz Es basiert auf dem Prinzip der schnellen Erwärmung und Abkühlung des Materials und führt zu thermischen Spannungen auf molekularer Ebene. Die Spannung auf der Glasoberfläche führt zum Fortschreiten des Risses und trennt das Material in ultrafeiner Qualität, ohne dass ein physischer Kontakt erforderlich ist. 

Ähnlich wie ein Glas oder ein Becher zerspringt, wenn man ein kochendes Getränk hineingießt. Das gleiche Phänomen tritt beim Nullbreitenschneiden auf, jedoch bei einem extrem kontrollierte Umgebung. 

Es wird „Zero-Width Cutting“ genannt, weil kein Schneidkeil vorhanden ist und kein Material verloren geht, wie man es bei traditionellen Verfahren häufig sieht, etwa wenn Diamantritzer das Glas schneiden. Da es keinen tatsächlichen Kontakt gibt, sind die Kanten frei von Spänen, Glasstaub und Vorsprüngen. 

Darüber hinaus Kantenqualität is fünfmal stärker als herkömmliche Methoden und erfordert keine weitere Verarbeitung, wie z Polieren als auch Mahlen. 

Es ist auch unter den Namen Laser Shearing, Laser Separation usw. bekannt Lasergesteuertes Thermocracken (LCT).

Laserschneiden ohne Breite findet man vor allem in der Bio-, Mikro- und Optoelektronikindustrie. Abgesehen davon ist es die praktischste Lösung für das Schneiden von Flachbildschirmen (FDP). 

Allerdings ist das Nullbreiten-Laserschneiden eine relativ neue Technologie und recht selten. Die Forschung und Entwicklung von Maschinen findet vor allem in Russland, Amerika und Taiwan statt. Laserschneider mit Nullbreite sind die effizientesten Glasschneidemaschinen in der Welt. 

Funktionsprinzip des Nullbreiten-Laserschneidens

Das Nullbreiten-Laserschneiden ist eine ziemlich unkonventionelle Methode zum Schneiden spröder Materialien. Deshalb haben wir die grundlegenden Arbeitsprinzipien in ein paar einfache Schritte heruntergebrochen. 

1. Lasererwärmung  

Im traditionellen Laser schneiden, der Laserstrahl schmilzt und verdampft das Material, was zu den gewünschten Ergebnissen führt. Beim Nullbreiten-Laserschneiden erhitzt die Laserstrahlung jedoch das Glassubstrat entlang der Kante dimensionslose Schnittlinie. 

Der Laser ist nicht heiß genug, um das Glas zu schmelzen. Allerdings erhöht sich dadurch die Temperatur erheblich, wodurch sich der erhitzte Bereich ausdehnt. Dies führt zu extremen Druckspannungen durch das umgebende kalte Glas, was zu Rissen auf molekularer Ebene führt. Während der kontrollierten Heizphase gibt es keine Oberflächenbeschädigung.

Aus diesem Grund wird es als berührungsloses Schneiden bezeichnet, da kein mechanisches Schneiden erforderlich ist, sondern lediglich die Struktur des Materials verändert wird. Der CO2-Laser zwischen 100-500 W sind am besten für das Laserschneiden mit Nullbreite geeignet. 

2. Schnelle Abkühlung 

Als nächstes wird die erhitzte, dimensionslose Ritzlinie (Nullbreite) mit einem schnell abgekühlt zerstäubter Wasserstrahl oder ein anderes geeignetes Kühlmittel. Es kühlt den beheizten Bereich, wodurch bei kälterem Glas extreme innere Zugspannungen entstehen. Das Material erliegt den inneren Spannungen, es beginnt sich ein Riss auszubreiten und die Der Prozess der Substrattrennung beginnt. 

All dies ist aufgrund des steilen Temperaturgradienten und des korrekten Leistungsdichteprofils an der Schnittlinie möglich, was zu enormen thermischen Spannungen unter der Oberfläche führt und eine Rissausbreitung auslöst, die die Oberfläche schnell trennt. Es entsteht ein flacher Riss, der sich etwa bei ca 1/6 der Dicke der Platte direkt unter der Oberfläche.

Technisch gesehen ist kein Schneiden erforderlich, sondern lediglich das Substrat wird auf molekularer Ebene getrennt, sodass der Prozess frei von Materialverlust, Spänen und rauen Kanten ist. 

Wohlgemerkt Sowohl das Heizen als auch das Kühlen erfolgen gleichzeitig und kann eine fantastische Schnittgeschwindigkeit von erreichen einen Meter pro Sekunde (1000 mm/Sek.).  

Beim Nullbreiten-Laserschneiden können in einer geraden Linie extrem hohe Schnittgeschwindigkeiten erreicht werden, bei vielen Kurven und Konturen sind jedoch mühsame Anpassungen erforderlich. 

Wie Sie sehen, ist dieser Prozess richtungsempfindlich. Daher sind hochentwickelte Sensoren erforderlich, um die Positionsgenauigkeit und alle damit verbundenen Parameter unter Kontrolle zu halten. 

Hauptmerkmale des Nullbreiten-Laserschneidens

Das Nullbreiten-Laserschneiden ist eine hochmoderne Technologie und es ist besonders wichtig, ihre Funktionen zu verstehen.

1. Hochfeste Kante 

Laserschneiden mit Nullbreite erzeugt 5.5-mal stärkere Kanten als herkömmliches Diamantritzenschneiden oder Drahtsägen. Dies führt insbesondere bei Flachbildschirmen zu äußerst belastbaren Kanten. 

Erstaunlicherweise liegt das daran, dass „Thermisches Glashärten”-Effekt, der natürlicherweise beim Nullbreiten-Laserschneidprozess auftritt. Durch das schnelle Erhitzen und Abkühlen werden die Kanten komprimiert, wodurch es entsteht stärker als herkömmliche Glasmaterialien. Das schont viele Ressourcen und macht diesen Schneidprozess äußerst effizient. 

Eine höhere Kantenqualität ist die Notwendigkeit einer modernen Fertigung, da die Geräte immer dünner und kleiner werden, ohne dass die Festigkeit und Haltbarkeit des Produkts darunter leidet. 

2. Hohe Schnittgeschwindigkeit 

Die maximal mögliche Schnittgeschwindigkeit beim Nullbreiten-Laserschneiden beträgt ein Meter pro Sekunde (3.28 Fuß/Sek.), was phänomenal ist. Dies ist eines der Hauptmerkmale dieser Schneidtechnologie.

Allerdings ist die Die Schnittgeschwindigkeit ist umgekehrt proportional zur Eindringtiefe wie die Laserleistung ist konstant. Das bedeutet, dass sich bei dickeren Materialien die Schnittgeschwindigkeit verringert und im Durchschnitt etwa 0.5 m/s beträgt, was immer noch bemerkenswert ist.

Die Nullbreiten-Laserschneidtechnologie eignet sich am besten für 1 mm Dicke der Materialien, aber es kann optimiert werden, um eine Dicke von nur 0.3 mm zu schneiden. 

3. Keine Nachbearbeitung 

Das attraktivste Merkmal des Nullbreiten-Laserschneidens ist schließlich, dass keine Nachbearbeitung erforderlich ist. Traditionell entstehen beim Schneiden spröder Materialien raue Kanten, Späne, Haken und Vorsprünge.

Für die Nachbearbeitung sind daher Endbearbeitungsprozesse wie Schleifen und Polieren erforderlich, um glatte Kanten zu erhalten und die verlorene Festigkeit der Materialkante wiederherzustellen. Es besteht jedoch keine Notwendigkeit für das Schneiden mit Nullbreite Der Schnitt hat keine Breite und die Materialtrennung ist ultrafein.

Da es Kanten sind gehärtet Durch die natürliche Wärmebehandlung werden zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen. 

Es wird geschätzt, dass es sich um Laserschneiden mit Nullbreite handelt spart ca. 70 % der Herstellungskosten, ein enormer ökonomischer und ökologischer Vorteil für die Branche. 

Vor- und Nachteile des Nullbreiten-Laserschneidens

Ich bin mir sicher, dass Sie Bedenken hinsichtlich der Vor- und Nachteile des Zero-Width-Laserschneidens haben. Mach dir keine Sorge! Lassen Sie uns jetzt darauf eingehen.

Vorteile

Das Nullbreiten-Laserschneiden bietet eine Reihe überzeugender Vorteile, die wir im Folgenden darlegen.

1. Kein Materialverlust 

Beim Null-Breiten-Schnitt entsteht kein Materialverlust hochprofitabel. Da das Material intakt bleibt, entstehen weder Staub noch Ablagerungen, sodass der Schneidprozess unter Reinraumbedingungen möglich ist.

In den meisten Elektronik- und Optikfertigungen sind für die Produktion Reinraumbedingungen erforderlich, in denen kleinste Verunreinigungen das Produkt negativ beeinflussen können.

Beim Null-Breiten-Schneiden entfällt also die Notwendigkeit eines separaten Schnittraums Fertigungsstraße Konzept mit mehreren Herstellungsprozessen, die unter einem Dach durchgeführt werden können, was es äußerst effizient macht.  

2. Außergewöhnliche Schnitte für spröde Materialien

Zum Schneiden eignet sich am besten das Laserschneiden mit Nullbreite spröde Materialien. Tatsächlich ist es die einzige Schneidtechnik der Welt mit einem dimensionslose Schnittlinie und nahezu perfekte Effizienz. Es hat auch eine Genauigkeit von bis zu 10 Mikron (0.01 mm).

3. Wirtschaftliche Vorteile 

Beim herkömmlichen Schneiden wird ein beträchtliches Budget in die Behebung von Ecken und Kanten gesteckt, ganz zu schweigen von der Zeit und der Arbeitskraft. Fast mit Nullbreiten-Laserschneiden zwei Drittel der Schnittkosten werden reduziert. 

4. Längere Lebenserwartung

Wir wissen inzwischen, dass das Nullbreiten-Laserschneiden die Kantenfestigkeit erhöht, aber das ist noch nicht alles. Es erhöht auch die Schlagfestigkeit des Gesamtbauteils um 80%. Diese verbesserte Festigkeit verhindert Schäden sowohl während der Produktionsphase als auch im praktischen Einsatz.

Es ermöglicht also die Bearbeitung von dünnere und leichtere Materialien ohne Risiko, was zu einer längeren Lebensdauer und längeren Haltbarkeit führt. 

Nachteile 

Das Nullbreiten-Laserschneiden hat zwangsläufig einige Nachteile.

1. Materialverträglichkeit

Das Nullbreiten-Laserschneiden eignet sich nur für spröde Materialien und macht diese unbrauchbar unwirksam für die meisten Metalle und Nichtmetalle. Diese Technologie eignet sich am besten zum Schneiden dünner Glasplatten, die typischerweise in Telefonen, Tablets und Computerbildschirmen (FDPs) verwendet werden. 

2. Konturen und krummlinige Schnittlinien 

Das Laserschneiden mit Nullbreite ist von Natur aus problematisch Schneiden Konturen und krummlinige Linien. Das liegt daran, dass es schwierig ist, die lineare Positionierung der Laserquelle und des Kühlmittels entlang der Kurven beizubehalten.

Forscher verbessern die Technologie jedoch, indem sie den Kühlpunkt so kalibrieren, dass er sich in einer linearen Linie relativ zum Laserstrahl bewegt, auch in Kurven. Mit der Zeit hoffen wir auf bessere und effektivere Schneidlösungen.

Welche Materialien kann ZWLCT schneiden?

Die Nullbreiten-Laserschneidtechnologie (ZWLCT) eignet sich hauptsächlich für spröde und nichtmetallische Materialien wie Glas, Saphir, Silizium, mikrokristallines Quarz und Galliumarsenid, die typischerweise in opto- und mikroelektronischen Geräten verwendet werden. Am häufigsten wird jedoch Natronkalk oder Alkaliglas verwendet, da es das vielseitigste Material ist. 

Hier finden Sie kurze Informationen zu den Glasarten, die für das Nullbreiten-Laserschneiden verwendet werden, und deren Anwendungen. 

Vergleich von ZWLCT mit herkömmlichen Schneidmethoden

Da ZWLCT nur auf spröde Materialien anwendbar ist, werden wir die derzeit in der Branche verwendeten Alternativen diskutieren. Hierzu zählen Verfahren vom modernen Laserschneiden bis hin zum konventionellen mechanischen Schneiden. 

I. CO2-Laserschneiden 

CO2-Laserschneiden ist die am leichtesten verfügbare Laserschneidlösung für Nichtmetalle und spröde Werkstoffe Materialien. Es funktioniert nach einem einfachen Verdampfungsprinzip, das heißt, die heißen Laserstrahlen schmelzen die Materialien und schneiden sie.

Das Geheimnis liegt in der 10.6 um Wellenlänge des Laserstrahls, die reflektierende Materialien wie Glas leicht absorbieren können. Diese Laserschneidtechnologie ist in Bezug auf Praktikabilität und Verfügbarkeit besser als ZWLCT. 

Vorteile

• Hochpräzise und genau, geeignet für komplizierte Designs.
• Schnell und effizient für die Produktion.
• Leicht verfügbar.

Nachteile

• Teure Maschinen

II. Bruchkontrolliertes Schneiden

Es ähnelt dem Nullbreiten-Laserschneiden, da es berührungslos erfolgt. Doch statt schnell zu erhitzen und abzukühlen, wird das Material so kontrolliert erhitzt, dass es von selbst extreme thermische Spannungen erzeugt und den Riss im Substrat ohne Kühlung ausbreitet. Es ist ein viel schnellerer Prozess. Wird auch als Ganzkörper-Trennmethode bezeichnet. 

Vorteile

• Hochpräzise und genau.
• Schnell und effizient.

Nachteile

• Seltene Technologie und begrenzte Verfügbarkeit. 
• Geringe Materialverträglichkeit

III. Diamantritzen

Es handelt sich um eine einfache Schneidmethode, bei der ein diamantbestücktes Werkzeug zum Schneiden oder Ritzen des Glases verwendet wird. 

Vorteile

• Geeignet für komplizierte Designs und Arbeiten mit geringem Volumen.
• Funktioniert gut mit verschiedenen Glasstärken.
• Kostengünstig

Nachteile

• Langsamer im Vergleich zu einigen anderen Schneidmethoden.
• Raue Kanten und Materialverlust

IV. Schneiden mit einer Drahtsäge 

Schneiden mit einer Drahtsäge Dabei wird ein mit abrasiven Materialien wie Diamantpartikeln bestückter Draht zum Durchtrennen des Materials verwendet.

Vorteile

• Hochpräzise Schnitte in dickem Glas.
• Kann verschiedene Materialarten und -stärken schneiden.
• Reduziert Abfall durch dünnen Draht.
• Erzeugt saubere Kanten

Nachteile

• Es ist möglicherweise nicht so schnell wie andere Schneidemethoden.
• Komplexes Setup

V. Wasserstrahlschneiden

Hochdruckwasserstrahlen, gemischt mit einer abrasiven Substanz, können Glas effektiv durchtrennen. Diese Methode eignet sich für dickeres Glas oder Materialien, bei denen es auf Präzision ankommt.

Vorteile

• Vielseitig, zum Schneiden verschiedener Formen und Stärken geeignet.
• Führt zu minimaler bis keiner mechanischen Belastung des Glases.

Nachteile

• Der Wartungsaufwand für die Ausrüstung kann hoch sein.
• Bei komplizierten Designs ist es nicht so präzise wie das Laserschneiden.

Anwendungen des Nullbreiten-Laserschneidens

Das Nullbreiten-Laserschneiden wird in immer mehr Branchen eingesetzt, und wir haben im Folgenden einige davon kennengelernt.

1. Flachbildschirm (FPD) 

ZWLC ist in erster Linie zum Schneiden dünner Display-Wafer oder -Panels konzipiert. Im Grunde die ganze Anzeige Bildschirme in modernen Mobiltelefonen, Fernsehbildschirmen und ähnlichen Geräten fallen unter diese Kategorie.

Da sie meist eine sehr geringe Dicke aufweisen, verschwenden die herkömmlichen Schneidmethoden mit einer großen Schnittbreite der Schnittlinie viel Rohmaterial. Mit diesem modernen Nullbreiten-Laserschneiden werden dünnere und feinere Schnitte zu deutlich geringeren Kosten erzielt. 

2. Mikroelektronik 

Die Mikroelektronik ist eine Fertigungsindustrie für wirklich kleine elektronische Geräte. Zu den typischen Beispielen gehören: Transistoren, Induktivitäten, Dioden und Kondensatoren.

Eine solche Mikrofertigung erfordert äußerste Präzision und Feingefühl, um Schäden während der Herstellung zu vermeiden, was ZWLC zu einem äußerst leistungsstarken Schneidwerkzeug macht. Auch die Mikroelektronik benötigt für die Produktion Reinraumbedingungen, was leicht zu erreichen ist, da kein Schneidstaub oder Verunreinigungen entstehen. 

3. Optoelektronik 

Optoelektronik ist eine aufstrebende Technologie, die lichtemittierende und lichtdetektierende Geräte umfasst. Die bahnbrechendsten Erfindungen auf diesem Gebiet sind Glasfasersysteme, Fotodioden und Solarzellen. ZWLCTs hocheffizientes Schneiden von bis zu 10 Mikron macht es zu einem hervorragenden Bearbeitungsverfahren für diese Branche. 

Wie erhält man Laserschneiden mit Nullbreite?

Das Laserschneiden ohne Breite ist eine relativ neue Technologie, auch wenn das Konzept erstmals in den 1980er Jahren eingeführt wurde. Wie wir im vorherigen Abschnitt besprochen haben, ist es nicht ohne weiteres verfügbar. In Ländern wie Amerika, Russland, China und Taiwan wird derzeit daran geforscht, ZWLCT zu einer praktischeren und wirtschaftlicheren Lösung zu machen. 

Derzeit ist Fonon Corp., ein amerikanisches Unternehmen, führend internationaler Hersteller von Nullbreiten-Laserschneidmaschinen. Ebenso verfügt die Foxconn Technology Group in Taiwan über Patente für das krummlinige Laserschneiden mit Nullbreite. 

Herausforderungen und Einschränkungen

Die Nullbreiten-Laserschneidtechnologie ist StilIch bin in Arbeit, und nur wenige Unternehmen besitzen das Patent für seine Herstellung. Das bedeutet lediglich, dass die Forschung und Entwicklung dieser Maschinen noch im Gange ist und es einige Zeit dauern wird, bis sie sich durchsetzen. 

Darüber hinaus erfordert das lasergesteuerte Thermocracken eine Laseroberflächenerwärmung, gefolgt von einer Kühldüse benötigt High-End-Synchronisation, nur mögliche fortschrittliche Sensoren und Steuerungssysteme. Dies stellt beim Schneiden komplizierter Designs eine Herausforderung dar.

Zukunft des Nullbreiten-Laserschneidens

Schätzungen zufolge erreicht die FDP-Branche ca $ 218.98 Billion bis 2031. Das ist ein enormer Anstieg im Vergleich zu den 90 Milliarden US-Dollar im Jahr 2007.

Da der Markt schnell wächst und die Nachfrage nach hauchdünnen Geräten immer weiter steigt, ist es nur natürlich, dass Glashersteller weltweit von herkömmlichen Glasschneidemethoden abrücken wollen, die Materialverlust und minderwertige Kanten verursachen. 

Laser-Trennschneidemaschinen (ZWLCT) sind noch nicht industrialisiert, aber Unternehmen investieren Einnahmen in ihre Forschung und Entwicklung, um bessere Schneidlösungen zu entwickeln. Die spanfreien und verstärkten Schnittkanten sowie der Null-Materialverlust sind die Hauptattraktionen des Nullbreiten-Laserschneidens. 

Klar, es gibt konventionelle CO2-Laserschneidmaschinen und mechanische Schneidemaschinen, aber sie haben ihr Potenzial ausgeschöpft und es besteht Bedarf an neuen und revolutionären Technologien, um den Produktionsbedarf zu decken. 

Schlussfolgerung

Die Nullbreiten-Laserschneidtechnologie befindet sich noch in der Entwicklungsphase und nur wenige Informationen darüber sind online verfügbar.

Wir haben jedoch alle verfügbaren Informationen über das Funktionsprinzip, die Vorteile und Einschränkungen sowie darüber, wo Sie eine ZWLC-Maschine erhalten können, zusammengestellt. Darüber hinaus können Sie einen Vergleich mit herkömmlichen Methoden anstellen, um das Potenzial dieser Technologie zu erkennen.

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