玻璃鑽孔加工的目前背景
玻璃具有良好的透明性和化學穩定性，在生活中應用非常廣泛。在醫療、化工、光伏等特種玻璃領域，随着科技水準的發展，需求也在逐年增加。以下是一些常見玻璃的分類及其加工特性：
1． 鈉鈣玻璃、超白玻璃和K9玻璃
● 鈉鈣玻璃（普通玻璃）
● 超白玻璃（低鐵玻璃）
● K9玻璃
這類型玻璃具有良好的韌性和硬度，适用于0－20mm厚度的鑽孔。
2． 高硼矽玻璃和石英玻璃
● 高硼矽玻璃：透光性能優異，熱膨脹系數極低。
● 石英玻璃：常用于光學鏡頭，具有極高的硬度。
在加工這類型玻璃時，通常使用熱脹冷縮法或雷射裂片法。随着雷射技術的不斷發展，雷射玻璃鑽孔逐漸成為一種新的加工選擇。對于高硬度玻璃的加工，需要使用高峰值功率的雷射器。
3． 鋼化玻璃
鋼化玻璃是一種預應力玻璃，通過化學或實體方法在表面形成壓應力，進而提高玻璃的強度和承載能力。其抗風壓性、耐寒暑性和抗沖擊性都得到了增強。然而，鋼化玻璃在加工後不能再進行切割。當鋼化玻璃破碎時，碎片呈蜂窩狀鈍角顆粒，減少了對人體的傷害。
不同玻璃類型在不同應用場景下都有各自的優勢和加工要求，選擇合适的加工方法和工具是確定加工品質的關鍵。
雷射玻璃鑽孔的優勢
玻璃鑽孔是玻璃生産和深加工中的關鍵環節，其重要性不言而喻。目前，傳統的玻璃切割工藝主要包括刀具CNC切割和水刀CNC切割兩種方式。對于小型企業或預算有限的企業來說，這兩種傳統切割方式由于高昂的成本難以推廣使用。
雷射玻璃鑽孔作為非接觸式加工，利用聚焦後的高能量密度的雷射束将玻璃融化甚至氣化。雷射利用玻璃的透光性将焦點聚焦在玻璃最底層，通過2．5D振鏡進行高速掃描，從下往上将玻璃一層一層去除，可加工不同厚度不同種類的玻璃。雷射切割玻璃除了初期成本投入外，無需後續的耗材成本，逐漸成為玻璃加工行業的重要選擇。
本次采用傑普特YDFLP－M8－200－S－W－V2雷射器，搭配2．5D振鏡，以及三維切割軟硬體系統進行實驗，可以實作正常圓孔或異形玻璃的打孔切割。相對于傳統的機械鑽孔而言，這套系統加工效率高、維護成本低、熱影響小。
01 雷射器參數對玻璃鑽孔的影響
①脈沖寬度對玻璃鑽孔的影響
下面是對超白玻璃進行鑽孔實驗，圓的孔徑大小為10mm，厚度為3mm，分别采用6ns模式，9ns模式，12ns模式對應的截止頻率測試脈寬對玻璃切割的影響。
圖1 不同脈寬和頻率切割的效果
圖2 崩邊平均值（左）和最大值（右）測量
通過實驗可以得出結論，9ns的崩邊平均值和崩邊最大值控制得最好，随後是6ns同樣有着不錯的崩邊表現，12ns的崩邊平均值和最大值略大，分析原因是12ns下熱量堆積造成崩邊。合适的單脈沖能量和峰值功率對于控制崩邊有着重要的影響，相同脈寬下更高的單脈沖能量，更高的峰值功率有着更好的加工效果。
②重複頻率對玻璃鑽孔的影響
通過實驗可以得出結論，重複頻率為截止頻率時，加工效率最高，加工時間減小降低了熱量堆積，崩邊相比90％和110％最小，截止頻率以下時輸出平均功率低導緻效率偏低，截止頻率以上時單脈沖能量和峰值功率下降導緻效率偏低。
③功率對玻璃鑽孔的影響
雷射器的功率影響着加工的效率和時間，為了進一步探究雷射器功率對效率的可觀影響，實驗采用同一參數僅改變功率百分比的方式進行測試。參數選擇9ns 模式280k頻率，功率百分比設定為70％，80％，90％，測試3mm厚白玻璃鑽10mm直徑孔的效率。
通過實驗可以得出結論，随着平均功率的提高，雷射峰值功率提高，相同厚度相同孔徑鑽孔所需時間減小。
02 雷射異形鑽孔實驗
雷射器輸出雷射束，振鏡電機通過高速移動實作雷射束的高速移動，再經過F－Theta透鏡聚焦到工作範圍，這種加工方式友善可控可調，為裝置的自動化加工、內建一體化提供了一種具有競争力的方案。
圖3 振鏡工作原理
下圖展示了使用YDFLP－200－M8－S－W－V2雷射器異形鑽孔效果，崩邊均小于400微米，邊緣效果優異。
圖4 異形鑽孔效果
03 不同厚度玻璃鑽孔實驗
在玻璃鑽孔行業，提高效率和降低成本是普遍的追求。解決行業痛點和難點是傑普特不懈發展的目标。更大的單脈沖能量和更高的峰值功率顯著提升了加工效率。以下是使用YDFLP－200－M8－S－W－V2測試不同厚度和鑽孔直徑加工效率情況，僅供參考。
鑽孔厚度／直徑相對應的加工時間
04 傑普特M8系列雷射器
傑普特M8系列雷射器采用主振蕩功率放大的MOPA結構，自2021年推出以來，經過多次疊代更新和優化，針對不同應用開發了多種功率等級的雷射器。中低功率雷射器（如20瓦、50瓦）适用于對熱量敏感材料的表面處理和刻蝕。中高功率雷射器（100瓦至300瓦）在深度切割、深度雕刻和玻璃磨砂處理等高效率、高要求的應用中表現出色。
圖5 YDFLP－200－M8－S－W－V2 外觀圖
在保持傑普特M7系列脈沖頻率獨立可調功能的基礎上，M8系列對脈沖峰值功率和光束品質進行了重點優化。該系列在高功率工作條件下仍能保持優異的光束品質，峰值功率可達300KW。高效的M8系列雷射器為工業自動化加工領域帶來了全新的高效加工方式。
圖6 YDFLP－200－M8－S－W－V2 性能名額與峰值功率曲線
05 複雜材料特性應用
根據M8系列高峰值雷射器的特點，可以實作一些普通紅外光纖雷射器無法做到的效果，比如在塑膠上進行打标。常見的塑膠種類很多，通常1064nm紅外光纖雷射器被認為不适合在塑膠材料上打标，普遍使用的是紫外固體雷射器或CO2雷射器。然而，高峰值雷射器的低熱量特性使這種打标成為可能。
圖7 POM塑膠和ABS塑膠打高對比度顔色效果
相比傳統接觸式加工中存在的各種問題，高峰值高功率雷射器的非接觸式加工方式優勢顯著。盡管初期投入較大，但後續加工的穩定性更強，且持續投入更少。在加工具有複雜材料特性和實體特性的應用，傑普特M8系列高峰值雷射器憑借其優異的光束品質和可調的參數選擇，能夠輕松應對并高品質完成。