Kelią skinasi stiklo lazerinis apdirbimas

Naujos stiklo lazerinio apdirbimo technologijos, siūlančios greitą ir tikslią gamybą, tapo patrauklia alternatyva įprastiems metodams, tokiems kaip mechaninis laužimas, deimantinio pjūklo naudojimas ar pjovimas vandens srove. Šiandien vystomos lazerinės technologijos užtikrina aukštą kokybę bei patikimumą.

Stiklas – unikali medžiaga. Dažniausiai jį siejame su trapia medžiaga, tačiau ne visi žinome, jog stiklas gali būti skaidresnis už orą ir tvirtesnis už plieną. Pritaikius vis geresnes stiklo apdirbimo technologijas, šią medžiagą imta taikyti visur – medicinoje, elektronikoje, inžinerijoje, architektūroje ir kt. Atrandant naujas stiklo panaudojimo sritis, kyla naujų iššūkių, susijusių su stiklo išpjovimu ar kitu apdirbimu. Norimą stiklo dydį bei formą garantuoti gali tik tikslaus pjovimo proceso parinkimas. Vienas tokių – lazerinis pjovimas. Rodydama gerus rezultatus, ši technologija sulaukia vis daugiau dėmesio mokslinėse laboratorijose bei pramonėje. Rinkoje atsirandant įvairesnių parametrų rinkinių lazeriams bei lazerinėms sistemoms jų pritaikymas stiklo ir kitų medžiagų apdirbime įgauna naują pagreitį.

Tradicinės stiklo apdirbimo priemonės

Iki šiol pramonėje dažniausiai taikomos stiklo apdirbimo technologijos yra pjovimas aukšto slėgio vandens srove, pjovimas panaudojant deimantinį diską ir kt. Vienas seniausių – stiklo pjovimas rėžtuku, nereikalaujantis didelio pasiruošimo ar brangios įrangos. Nepaisant to, metodas riboja pjaustomų formų įvairovę, pjūvių kokybė labai priklauso nuo naudojamos mechaninės jėgos, kraštinės dažnai pasižymi makro-trūkiais. Kaip alternatyva, paprastam ir greitam tiesių linijų stiklo pjovimui pramonėje naudojamas deimantinis diskas.

Pramonėje galime dažnai sutikti ir kitą metodą – aukšto slėgio vandens srovės (angl. water jet) naudojimas. Jo metu aukšto slėgio vandens srovė yra sufokusuojama į pjūvio tašką. Šio metodo privalumas tas, kad pjaunant, ruošinys nėra veikiamas termiškai. Dėl to nupjautuose kraštuose neatsiranda karščio sąlygotų deformacijų, nesukeliama jokių naujų įtempimų pjūvio zonoje lyginant su mechaniniu pjovimu. Aukšto slėgio vandens srovė leidžia apdirbti ir keliasluoksnes medžiagas.

Nors šios technologijos yra nusistovėjusios ir siūlo greitą apdirbimą už mažą kainą, jos netenkina vis didėjančios kompleksinių, miniatiūrinių ir aukštos kokybės dalių gamybos paklausos.

Nuolat tobulėjantis lazerinis apdirbimas

Lazerinis pjovimas – labai patrauklus įrankis dėl tikslaus ir riboto tiek erdvėje, tiek laike energijos nusodinimo į medžiagą, kuris užtikrina aukštą apdorojimo tikslumą ir mažą aplinkinės medžiagos pažeidimą. Dažniausiai stiklo pjovimui naudojamas CO2 lazerio kuriamas infraraudonasis (IR) lazerio spindulys. Ši technologija plačiai taikoma dizaino ir kitose srityse, kuriose vyrauja nedidelių stiklo dirbinių kiekių poreikis. Tuo tarpu masinėje gamyboje, kur reikalingas didelių apimčių pramoninis stiklo apdirbimas (mikroelektronika, telefonų stikliukai, kt.), naudojami UV lazeriai.

Lazerinės pjovimo sistemos leidžia ne tik išgauti švarų pjūvio lūžį, tačiau ir sutrumpinti pjovimo proceso laiką. Tai bekontaktis, švarus medžiagos apdirbimo procesas, paprastai nereikalaujantis papildomo apdirbimo. Visas pjovimo procesas gali būti kontroliuojamas kompiuteriu dėl to galima išgauti įvairaus kompleksiškumo formas. Vystantis šiuolaikiniams pramoniniams lazeriams, lazerinės technologijos gali užtikrinti didelį našumą.

Lyginant su kitomis stiklo apdirbimo technologijomis, lazerinis spindulys gali būti sufokusuotas į mažesnį plotą. Tai leidžia išgauti kur kas tikslesnius ir sudėtingesnius pjūvius. Lazerinis stiklo apdirbimas leidžia išgauti labai siaurus pjūvius – iki 0.3 mm, kai tuo tarpu aukšto slėgio vandens srovė iki 0,9 mm, pjovimas plazma –3,8 mm pjovimo pločio takelį.

LITEK™ klasteryje kuriamos lazerinio apdirbimo inovacijos

LITEK™ nario Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) Lazerinių technologijų skyriaus (LTS) mokslininkai, vadovaujami dr. Gedimino Račiukaičio, nuolat atlieka lazerinio stiklo pjovimo eksperimentus ir savo atradimais stebina pasaulio mokslo bendruomenę. Spalį „Optics Express” („OSA Publishing”) žurnale paskelbta FTMC LTS mokslininkų grupės publikacija: „In-depth comparison of conventional glass cutting technologies with laser-based methods by volumetric scribing using Bessel beam and rear-side machining”/„Nuodugnus tradicinių stiklo pjovimo technologijų palyginimas su lazeriniais metodais, naudojant tūrinį užrašymą Beselio pluoštu bei apdirbimą nuo apatinės stiklo pusės“- tapo vienu iš „OSA Publishing” daugiausia kartų atsisiųstu dienos straipsniu.

Mokslininkai, atliktu tyrimu įrodė lazerinių technologijų pranašumą lyginant su mechaniniu stiklo pjaustymu bei šios medžiagos pjovimu panaudojant vandens srovę. „Lazerinis raižymas ir laužymas leidžia pasiekti geresnę paviršiaus kokybę taip pat yra lankstesnis, nes leidžia pjauti didelio spindulio kontūrus, lyginant su mechaniniu raižymu. Dar daugiau lankstesnė technologija yra apdirbimas nuo apatinės stiklo bandinio pusės. Tokiu būdu galima pjauti laisvos formos kontūrus arba frezuoti sudėtingus 2.5D darinius, pavyzdžiui, pagaminti mikrometrinius dujų purkštukus. Abu pristatyti lazeriniai metodai kokybės prasme yra pranašesni už pjovimą vandens srove, kuris plačiai yra taikomas pramonėje“ – teigia dr.Paulius Gečys, FTMC LTS mokslininkas.

Nuolat į MTEP investuojanti bei su FTMC LTS mokslininkais bendradarbiaujanti LITEK™ klasterio įmonė UAB ELAS kuria bei gamina  didelio technologinio sudėtingumo lazerinio mikroapdirbimo įrenginius, naudojamus mokslo institucijose ir pramonės įmonėse. Kuriamose mikroapdirbimo staklėse integruojamos naujausios lazerinė sistemos, pasižyminčios itin tiksliu skaidriųjų (įskaitant ir stiklo) bei kitų medžiagų apdirbimu. Anot UAB ELAS direktoriaus Sauliaus Mikalausko, susidomėjimas skaidriųjų medžiagų apdirbimu stabiliai auga kasmet, kartu su lazeriniu medžiagų apdirbimo segmentu. „Mes kaip besispecializuojantys šioje srityje sulaukiame tikrai nemažai užklausų“ – teigia jis.