Glasschneiden wird von vielen Laserunternehmen als großer Markt gesehen. Meist geht es um Produkte

Glasschneiden wird von vielen Laserunternehmen als großer Markt gesehen. Meist geht es um Produkte für den Consumerbereich wie Smartphone- oder Tablet-Displays. - Bild: Rofin

| von Stefan Weinzierl und Julia Dusold
Aktualisiert am: 21. Apr. 2020

Für die moderne Consumer-Industrie ist Glas das, was einst der Dampf für die Eisenbahn war: Unverzichtbar. Gebraucht wird es vor allem für Displays. Kein Smartphone, kein Tablet und kein Bildschirm kommt ohne hochmoderne und meist modular aufgebaute transparente Werkstoffe aus. Entsprechend hoch ist das Interesse der Industrie an der Glasbearbeitung.

Um Gläser für die consumerorientierte Industrie passgenau zu schneiden, setzt man auf ein Werkzeug, das mit dem transparenten Glas auf den ersten Blick gar nicht zurecht kommen kann: den Laser.

Wie funktioniert das Schneiden von Glas mit Laserstrahlen?

Normalerweise stellt Glas für die in der Regel infraroten Laserstrahlen kein Hindernis dar. Sie werden einfach absorbiert. Die Industrie macht sich beim Laserschneiden darum eine Besonderheit der in Piko- oder Femtosekunden gepulsten Laser zu Nutze: Die Photonendichte dieser Ultrakurzpulslaser (UKP) ist räumlich und zeitlich derart hoch, dass dies den Absorptionsmechanismus transparenter Materialien verändert. Damit kann nicht nur Glas, sondern auch Trendwerkstoffe wie Saphir bearbeitet werden.

Allerdings schneidet der Laserstrahl dabei nicht wie beispielsweise durch Edelstahl, sondern fokussiert einzelne Punkte im Inneren des Glases, modifiziert dort das Material und erzeugt eine dünne intrinsische Spannung an der gewünschten Kontur des Werkstücks. Diese Spannung lässt das Material exakt an dieser Stelle reißen – ohne Gratbildung oder Absplitterungen, was eine praktisch nachbearbeitungsfreie Weiterverwendung des Glases ermöglicht. Für die massenorientierte Consumerindustrie ist das Laserschneiden darum eine nicht zu unterschätzende Einsparmöglichkeit. Erste Pilotkunden in Asien schneiden als Test bereits ihr Glas mit Laserstrahlen.

Eines dieser Systeme ist die Top Cleave Schneidoptik von Trumpf. Sie soll die Materialmodifikation um das Hundertfache beschleunigen. Der Trick der Ditzinger: Die Optik verteilt die Intensität des Laserlichts gleichmäßig entlang der Strahlachse im Material. Auf diese Weise wird der Fokus in die Länge gezogen und aus dem Fleck wird eine Fokuslinie.

Damit rastern die Pulse das Glas nicht mehr Ebene für Ebene durch, sondern modifizieren mit einer einzigen Überfahrt – je nach Pulsenergie – die komplette innere Trennfläche einer bis zu 700 µm dicken Scheibe. Laut dem Unternehmen kommt die neue Optik mit dem hauseigenen TruMicro Laser bei dieser Dicke auf eine Trenngeschwindigkeit von bis zu 1 m/s; 100 Mal schneller als ohne.

Das Flaggschiff unter den TruMicro Lasern ist der 5080: Er liefert laut Unternehmen bis zu 1000 kHz Repetitionsrate und maximal 500 µJ starke Pulse. Der Laser verfügt über 150 Watt mittlere Leistung, die mit der neuen Optik seine Leistung auf einer so langen Fokuslinie verteilen, dass das Laserlicht Gläser mit einer Dicke von mehr als einem Millimeter modifizierend trennt.

Welche Vorteile hat die Glasbearbeitung mit dem Laser?

Auch bei Rofin ist das Laserschneiden von Glas ein großes Thema. Das Unternehmen hat dazu das SmartCleave FI-Verfahren entwickelt. Laut dem Unternehmen handelt es sich dabei um einen spaltfreien Trennprozess für chemisch oder thermisch gehärtetes und ungehärtetes Material von 100 µm bis 10 mm Dicke und für andere spröde Materialien. Das Verfahren bietet demnach Schnittgeschwindkeiten von mehr als 300 mm/s. Es eignet sich für gerade, kurvige, geneigte oder angefaste Konturen gleichermaßen wie für das Schneiden von Rohren, gekrümmten Oberflächen oder geschichteten Gläsern.

Video: So schneiden Laser durch Glas

Dabei biete das Laserschneiden Oberflächenqualitäten mit minimaler Bildung von Mikrorissen und einer Oberflächenrauheit Ra < 1 µm. Mit SmartCleave FI geschnittene Teile behalten demnach ihre hohe Biegebruchfestigkeit und benötigen lediglich minimale Nachbearbeitung. Als Strahlquelle setzt Rofin dabei auf den Ultrakurzpuls-Laser StarPico mit 15 ps und 50 W.

Dabei bauen sowohl der StarFemto und StarPico auf Rofins weiterentwickelter Hybrid MOPA Technologie auf. Sie eignen sich laut Unternehmen zum Schneiden verschiedenster Materialien wie Edelstahl, auch von spröden Werkstoffen wie Glas oder Saphir, und zum hochpräzisen Bohren verschiedenster Bohrloch-Geometrien, genauso wie für Strukturieraufgaben im Mikrometer-Bereich, den selektiven Schichtabtrag oder das Markieren.

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