用于切割脆硬材料的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于切割脆硬材料的方法，该方法包括下列步骤：借助于缺陷产生方法沿切割路径在脆硬材料中产生多个在脆硬材料的厚度方向上不连续的缺陷；以及沿切割路径分离脆硬材料。本发明专利技术还涉及一种用于切割脆硬材料的系统。借助于根据本发明专利技术的方法或系统，可以以较高精度、较少不期望的材料损伤与损耗和较低成本实现脆硬材料的切割。

Method and system for cutting brittle material

The invention relates to a method for cutting hard and brittle materials, the method comprises the following steps: using method of generating a plurality of hard brittle material in the thickness direction of the discontinuous defect along the cutting path in brittle materials in defect; and along the cutting path separation of hard and brittle materials. The invention also relates to a system for cutting brittle material. With the aid of the method or system according to the invention, the cutting of brittle material can be achieved with higher accuracy, less undesired material damage and loss, and lower cost.

【技术实现步骤摘要】
用于切割脆硬材料的方法和系统
本专利技术总体上涉及激光加工领域，具体而言涉及用于切割脆硬材料的方法和系统。
技术介绍
用于切割脆硬材料的一种常规方法是刀具切割法，但是刀具切割法的缺点是精确度低，刀具磨损大。用于切割脆硬材料的另一种常规方法是激光切割法，其中完全借助于激光辐射来分离脆硬材料。激光切割法由于其精准性以及极小的切割器具磨损而被越来越普遍地使用，而且随着近年来手机、平板计算机等大屏幕设备的兴起，激光切割法被越来越多地用于切割诸如薄玻璃之类的脆硬材料。例如名称为“激光加工方法和激光加工设备”的中国专利申请CN102814591A公开了一种这样的激光切割法，其中将激光入射到加工物的表面上并且附近聚光使得聚光点附近的加工物气化或熔化，从而在切割起始面上形成起始热去除区，然后在之前的热去除区上继续照射激光并聚光，使得聚光点附近的加工物气化或熔化，从而形成后续热去除区，并使后续热去除区沿预定路径连续分布从而形成后续热去除线。但是常规的激光切割法所具有的缺点是，难以以满意的精度和低成本切割工件、尤其是曲面工件，因为在采用激光完全分离脆硬材料的过程中很有可能产生过量或偏离的烧蚀。用于切割脆硬材料的又一种常规方法是激光与机械结合的切割法，其中首先用激光进行一次或多次划片，然后借助于外力将脆硬材料分离。例如名称为“一种全自动激光划片设备”的中国专利申请CN201520297677公开了另一种这样的激光与机械结合切割法，其中首先在借助于激光辐射在材料表面烧蚀划片，然后利用机械方法施加外力，使得材料沿激光烧蚀划片路径分离。然而，常规的激光与机械结合的切割法的缺点是，激光切割和机械分离的分界点难以掌握，如果激光烧蚀深度较低，则需要借助于较大机械力来分离脆硬材料，从而易于造成材料断裂或损伤，而烧蚀深度过高又会产生上述激光切割法的缺点。因此该切割法的精度不高，流程也不易控制。
技术实现思路
本专利技术的任务是提供用于切割脆硬材料的方法和系统，借助于该方法或系统，可以以较高精度和低成本加工工件、尤其是三维曲面工件。在本专利技术的第一方面，该任务通过一种用于切割脆硬材料的方法来解决，该方法包括下列步骤：借助于缺陷产生方法沿切割路径在脆硬材料中产生多个在脆硬材料的厚度方向上不连续的缺陷；以及沿切割路径分离脆硬材料。借助于根据本专利技术的方法，至少可以实现以下优点：(1)通过在脆硬材料中产生多个在其厚度方向上不连续的缺陷以分离脆硬材料，可以避免纯激光切割法的切割精度低的缺点，因为通过合适地空间分布所述缺陷，不仅可以减少烧蚀量并避免不必要的烧蚀，而且可以精确地定义各种形状、例如曲线或曲面切割路径；(2)空间分布的缺陷与常规激光与机械组合法中脆硬材料一部分被去蚀、一部分相连相比，更容易地促进材料的分离过程，因为在空间分布的缺陷的情况下，材料的分离过程更加均匀和规则，而不易发生不期望的断裂、损伤和损耗，而且通过合适地、例如均匀和密集地空间分布缺陷，可以容易地进一步促进分离过程。由此，借助于根据本专利技术的方法，可以以高度可控性、较高精度、较少不期望的材料损伤、极少的材料损耗和较低成本实现脆硬材料的切割。在本专利技术的一个扩展方案中规定，所述缺陷产生方法包括下列各项至少之一：热处理、振动、光束、电子束、粒子束、离子束、以及声波。借助于该扩展方案，可以以多种方式产生所述缺陷，而不仅限于激光。在本专利技术的另一扩展方案中规定，所述缺陷包括下列各项至少之一：脆硬材料的折射率的变化、空间密度的变化、局部材料损坏、以及空隙。借助于该扩展方案，可以根据加工需要产生不同形式的缺陷。在本专利技术的一个优选方案中规定，所述缺陷定义曲线形的切割路径和/或曲面形的切割路径。借助于该优选方案，可以以高精度和低成本实现曲线或曲面形状的工件的加工。在本专利技术的一个扩展方案中规定，通过改变下列各项至少之一来提高脆硬材料的切割质量或效率：缺陷大小、缺陷形状、缺陷长度、缺陷排列、缺陷之间的水平或垂直距离、以及缺陷在脆硬材料的延伸方向上的重合程度。借助于该扩展方案，可以容易地提高切割质量或效率。在本专利技术的一个优选方案中规定，所述缺陷产生方法是激光辐射，其中激光辐射入射到脆硬材料上所产生的光斑为圆形或非圆形。圆形激光斑为本领域常见光斑，而非圆形激光斑与圆形激光斑相比可以产生不同参数的缺陷，而且可以影响微裂纹的分布，例如如果使激光辐射在脆硬材料中产生缺陷的去蚀路径与非圆形光斑的长度方向重合，则可以使微裂纹尽可能沿着去蚀路径分布，从而减少其它方向上的不期望的微裂纹。在本专利技术的一个扩展方案中规定，非圆形光斑包括下列形状之一或其组合：椭圆形、正方形、长方形、环形、以及同心圆形。在本专利技术的一个优选方案中规定，所述缺陷是沿切割路径一次或多次扫描脆硬材料产生的。在一次扫描的情况下，例如可以在扫描的过程中在脆硬材料的厚度方向上相继产生多个空间上分布的不连续的缺陷，这例如可以通过在同一扫描过程中在厚度方向上相对移动缺陷产生装置和脆硬材料、或者在激光切割情况下调整激光引导装置的焦距来实现。而在多次扫描的情况下，例如可以在同一次扫描的过程中，生成位于脆硬材料的某一厚度处的多个缺陷，而在下一次扫描过程中，生成位于另一厚度处的多个缺陷，这可以通过在不同扫描过程中分别在厚度方向上相对移动缺陷产生装置和脆硬材料、或者在激光切割情况下分别调整激光引导装置的焦距来实现。在本专利技术的一个扩展方案中规定，通过下列方式至少之一来分离脆硬材料：压力、真空、机械力、声波振动、电磁辐射、以及化学腐蚀。借助于该扩展方案，可以根据加工需要灵活地选择分离工艺。在本专利技术的第二方面，前述任务通过一种用于切割脆硬材料的系统来解决，该系统包括：缺陷产生装置，其被配置为在脆硬材料中产生缺陷；移动装置，其被配置为使缺陷产生装置和脆硬材料在脆硬材料的厚度方向上相对移动，使得缺陷产生装置沿切割路径在脆硬材料中产生多个在脆硬材料的厚度方向上不连续的缺陷；以及分离装置，其被配置为沿切割路径分离脆硬材料。借助于根据本专利技术的系统，同样可以实现结合根据本专利技术的方法所述的优点。在本专利技术的一个扩展方案中规定，所述缺陷产生装置包括下列各项至少之一：热处理装置、振动装置、光束发射装置、电子束发射装置、粒子束发射装置、离子束发射装置、以及声波发射装置。借助于该扩展方案，可以以多种方式产生所述缺陷，而不仅限于激光。在本专利技术的另一扩展方案中规定，所述缺陷包括下列各项至少之一：脆硬材料的折射率的变化、空间密度的变化、局部材料损坏、以及空隙。借助于该扩展方案，可以根据加工需要产生不同形式的缺陷。在本专利技术的一个优选方案中规定，所述移动装置包括下列各项之一：多轴联动装置、以及机器手臂。在本专利技术的一个优选方案中规定，所述缺陷是沿切割路径一次或多次扫描脆硬材料产生的。在一次扫描的情况下，例如可以在扫描的过程中相继在脆硬材料的厚度方向上产生多个空间上分布的不连续的缺陷，这例如可以通过在同一扫描过程中借助于移动装置在厚度方向上相对移动缺陷产生装置和脆硬材料、或者在激光切割情况下调整激光引导装置的焦距来实现。而在多次扫描的情况下，例如可以在同一次扫描的过程中，生成位于脆硬材料的某一厚度处的多个缺陷，而在下一次扫描过程，生成位于另一厚度处的多个缺陷，这可以通过在不同扫描过程中分别借助于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于切割脆硬材料的方法，包括下列步骤：借助于缺陷产生方法沿切割路径在脆硬材料中产生多个在脆硬材料的厚度方向上不连续的缺陷；以及沿切割路径分离脆硬材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于切割脆硬材料的方法，包括下列步骤：借助于缺陷产生方法沿切割路径在脆硬材料中产生多个在脆硬材料的厚度方向上不连续的缺陷；以及沿切割路径分离脆硬材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述缺陷产生方法包括下列各项至少之一：热处理、振动、光束、电子束、粒子束、离子束、以及声波。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述缺陷包括下列各项至少之一：脆硬材料的折射率的变化、空间密度的变化、局部材料损坏、以及空隙。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述缺陷定义曲线形的切割路径和/或曲面形的切割路径。5.根据权利要求1所述的方法，其中通过改变下列各项至少之一来提高脆硬材料的切割质量或效率：缺陷大小、缺陷形状、缺陷长度、缺陷排列、缺陷之间的水平或垂直距离、以及缺陷在脆硬材料的延伸方向上的重合程度。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述缺陷产生方法是激光辐射，其中激光辐射入射到脆硬材料上所产生的光斑为圆形或非圆形。7.根据权利要求6所述的方法，其中非圆形光斑包括下列形状之一或其组合：椭圆形、正方形、长方形、环形、以及同心圆形。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述缺陷是沿切割路径一次或多次扫描脆硬材料产生的。9.根据权利要求1所述的方法，其中通...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭翔，彭娟，
申请(专利权)人：彭翔，彭娟，
类型：发明
国别省市：湖南,43