Ученые из лаборатории лазерных технологий ТГУ (Томский государственный университет) разработали инновационный метод резки тонких и хрупких стекол. Новое лазерное оборудование работает на парах стронция. Эта технология не имеет мировых аналогов и уже получила высокую оценку Жюри Фонда содействия инновациям.
Мы настолько привыкли к обилию стеклянных изделий в мире простых и сложных вещей, что обычно забываем тернистый путь их создания. Так до последнего времени механическая (роликовая) резка оставалась единственной технологией раскроя текла. А она требует точности в расчетах диаметра режущего ролика, угла заточки стеклянной кромки, силы давления на заготовку, а также скорости перемещения резца. Несоблюдение любого из этих параметров означает как минимум некачественную линию реза, а как максимум — порчу изделия. В частности, кромка среза должна быть идеально ровной, без рваных участков и сколов. Малейшие дефекты способствуют разрушению стекла при последующей термообработке или эксплуатации. Хотя внедрение гидроабразивного метода существенно улучшило ситуацию, но и эта технология не гарантирует срез идеального качества. Все равно требуется последующая шлифовка – хоть и с меньшими усилиями, чем после обычной резки и ломки.
Казалось бы, применение газового лазера (СО₂) для резки стекла должно было решить проблему. Поскольку это идеальный инструмент для производства среза по контуру любой сложности. Причем лазерный луч, оплавляя кромку, делает ее абсолютно гладкой и безопасной. В целом, технология термораскалывания использует термическое напряжение, которое превышает предел прочности стекла и вызывает его разлом. Она позволяет подбирать такие параметры излучения, которые обеспечивают перпендикулярную и идеально ровную кромку. Однако и тут не обходится без дефектов. Чрезмерное нагревание стекла создает на его поверхности остаточное силовое поле. Его релаксация вызывает паутину трещин, которая не позволяет определить правильное направление раскроя материала. Поэтому для защиты от трещин применяют дискретное облучение. В этом случае энергия лазера распределяться постепенно по всей толщине стекла, снижая уровень остаточного напряжения поверхности.
При использовании же твердотельного лазера теряется до 90 % энергии – стекло пропускает большую часть излучения. Оставшиеся 10 процентов не могут нагреть заготовку до нужной температуры. Чтобы решить эту проблему, ученые разработали технологию множественного поглощения лазерного излучения (МПЛИ), когда луч несколько раз проходит через стекло, отражаясь от верхнего и нижнего зеркала. В результате материал прогревается равномерно, а его охлаждение вызывает напряжение, которое разламывает стекло по всей толщине изделия.
Нужно признать, что, несмотря на очевидные преимущества, промышленное применение лазеров для производства стекла до сих пор ограничено. Наиболее очевидные причины связаны с высокой стоимостью оборудования или трудностями в обработке стекол больших форматов. Все это стимулирует поиски новых решений.
Так сотрудники учебной лаборатории лазерных технологий ТГУ разработали новый метод резки стекла с использованием лазеров на парах стронция. Сконструированное ими устройство генерирует лазерные лучи с пучками различной длины волны (0,4-6,45 мкм), которые режут стекло толщиной 0,1-1,5 мм. Каждая волна проникает на разную глубину материла, из-за чего тот нагревается по всей толщине в зоне реза. Под воздействием температуры разрываются связи между молекулами, обеспечивая точный разрез по линии раскроя материала.
По словам руководителя проекта Владимира Юрина, новый метод можно применять в производстве оптических компонентов. Он значительно упрощает и удешевляет процесс раскроя стекла. Кстати, высококачественная резка – не единственное применение таких лазеров. В настоящее время ученые рассматривают его медицинские «перспективы» – например, для резки твердых и мягких тканей при хирургических вмешательствах.
- 1540 просмотров
Добавить комментарий