玻璃CNC加工技术探讨.ppt

CONTENTCONTENT一、一、COVERLENSCOVERLENS功用功用 1.1 COVERLENS功能 1.2 COVERLENS构成二二、玻璃玻璃加工制程加工制程 2.1 切割、CNC 2.2 抛光 2.3 化强三、三、CNCCNC加工与玻璃硬度关系加工与玻璃硬度关系 3.1 玻璃种类 3.2 玻璃硬度与CNC四、四、镭射切割镭射切割 4.1 镭射切割原理 4.2 镭射切割优缺点一、一、COVERLENSCOVERLENS功用功用1.1 COVERLENS1.1 COVERLENS功能功能TOUCH PANEL一般由三部分构成：1 1、COVERLENSCOVERLENS：作用：保护TOUCH SENSOR，硬度较高（7H），背面印刷油墨（LOGO、黑框等）；2 2、TOUCH SENSOR GLASSTOUCH SENSOR GLASS：作用：识别触控位置，并将位置坐标回馈系统，目前较流行投射电容屏（支持多点触控）；3 3、LCMLCM：作用：提供显示信息、画面；一、一、COVERLENSCOVERLENS功用功用1.2 COVERLENS1.2 COVERLENS构成构成COVERLENS主要由三部分构成：1 1、玻璃：、玻璃：作用：COVERLENS主体结构，硬度高（7H），油墨及Coating层承载体；2 2、CoatingCoating层：层：作用：依不同应用需求，可Coating VM NCVM AR AG AS效果；3 3、油墨：、油墨：作用：印刷在玻璃背面（即下表面），可印刷黑框、LOGO、ICON、IR、定位线、料号等；一、一、COVERLENSCOVERLENS功用功用1.2 COVERLENS1.2 COVERLENS构成构成-玻璃玻璃目前目前采购的玻璃约有两种（按生产工艺分）：采购的玻璃约有两种（按生产工艺分）：1、流动床法在溶融锡表面上将溶融玻璃水平式拉曳成板状基板，一般适用于大板型量产之苏打石灰玻璃板的制造。2、溶融向下曳引法美国公司所开发的方法，其方法是由溶融之两测垂直方向流下，而形成平坦状玻璃基板。一、一、COVERLENSCOVERLENS功用功用1.2 COVERLENS1.2 COVERLENS构成构成-Coating-Coating层层VM NCVM AR AG AS VM NCVM AR AG AS CoatingCoating方法及作用：方法及作用：ItemItemItemItemDescriptionDescriptionDescriptionDescriptionProcessProcessProcessProcessPhotoPhotoPhotoPhotoVM/NCVMVacuum Metalization/Non Conductive Vacuum Metalization SputterAR增透Anti-ReflectionSputterAG抗眩Anti-GlareSprayAS防污Anti-SmudgeSpray备注：备注：Sputter-Sputter-金属溅镀金属溅镀Spray-Spray-高压喷涂高压喷涂一、一、COVERLENSCOVERLENS功用功用1.2 COVERLENS1.2 COVERLENS构成构成-Coating-Coating层层CoatingCoating与印刷关系及与印刷关系及CoatingCoating面选择：面选择：ItemItemItemItem印刷前印刷前印刷前印刷前印刷后印刷后印刷后印刷后正面正面正面正面反面反面反面反面(印刷面印刷面印刷面印刷面)VM/NCVMAR(增透)AG(抗眩)AS(防污)uAG+AS，AR+AS，FCL一般仅限于制程研究，因单价较高，均无量产，目前也没有客户有两种Coating方式以上的组合需求，一般只要求一种Coating处理；uAG+AR不可行，无意义；uVM/NCVM须Coating在COVERLENS反面，且一定要在油墨印刷前，因为与油墨在同一面，若在油墨印刷后CoatingVM/NCVM，可能会破坏油墨效果；目前少有此Coating实绩；uAR可依客户需求Coating在正面、反面或双面，考虑到后续DB(全面贴合)制程，一般AR在正面光损失率更小(0.2%)，且客户也多要求Coating在正面；一、一、COVERLENSCOVERLENS功用功用1.2 COVERLENS1.2 COVERLENS构成构成-油墨油墨客户要求的印刷效果通过油墨来实现，油墨印刷在玻璃反面（即下表面），可印刷黑框、客户要求的印刷效果通过油墨来实现，油墨印刷在玻璃反面（即下表面），可印刷黑框、LOGOLOGO、ICONICON、IRIR、定位线、料号等，图例、定位线、料号等，图例 ：印刷要點：l每道印刷需一張網版；l網版數量取決於Cover Lens圖面上的 印刷需求，一般情況下，外形的黑墨 印刷兩道，其餘各種需求，如半透，IR等，條件相同(顏色厚度要求等)的 可合在一道墨上，其餘均為單道墨;l客戶LOGO等一般使用鏡面銀，銀油 一般需在印刷後，再補一道墨，防止 銀油氧化問題，如黑墨有兩道情況 下，一般使用第二道墨進行保護。一、一、COVERLENSCOVERLENS功用功用1.2 COVERLENS1.2 COVERLENS构成构成-油墨油墨油墨印刷机台：油墨印刷机台：光學玻璃玻璃承載治具油墨網版刮刀參數介面印刷开始，网版向下移动压至COVERLENS开始印刷；印刷结束，网版向上移开，人员用吸嘴将已印刷好的COVERLENS取出放置，而后进行高温固化。一、一、COVERLENSCOVERLENS功用功用1.2 COVERLENS1.2 COVERLENS构成构成-油墨油墨每道效果均需一道油墨印刷，印刷时每个每道效果均需一道油墨印刷，印刷时每个COVERLENSCOVERLENS机种均需有对应的承载治具，考虑到各家油墨特性机种均需有对应的承载治具，考虑到各家油墨特性及网版、及网版、治治具的制作精度，故网版、治具设计时需注意以下要点：具的制作精度，故网版、治具设计时需注意以下要点：网版设计：网版设计：1、網版外框常用規格：10.1 寸700mm500mm；10.1寸600mm400mm2、一般網版的尺寸公差為 0.03mm。3、網版相關參數需製成表并置於網版圖中。治具设计：治具设计：1、治具常用規格：產品10寸：480mm250mm；產品10寸：400mm200mm2、置具中放置槽外型尺寸為產品尺寸，公差為(上限為最大值加 0.05 mm)與(上限為最大值加 0 mm)；例如：當產品尺寸為 A 0.1 mm時，其放置槽外型尺寸為 A+0.15/+0.10 mm3、Coverlens放置框邊需倒角C0.2,防止玻璃刮傷。治具四周倒角C0.5。4、四角需加直徑為5mm的玻璃角；5、溝槽深度為玻璃厚度+0.1mm;二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.1 2.1 切割、切割、CNCCNC玻璃玻璃加工制程大体如下：加工制程大体如下：切割CNC仿形化强素玻璃Packing洗净检查洗净检查抛光研磨刮伤不良二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.1 2.1 切割、切割、CNC-CNC-素玻璃切割素玻璃切割素玻璃切割：素玻璃切割：将母板玻璃将母板玻璃(大板大板)切割成小板以利切割成小板以利CNCCNC仿形，技术要点：仿形，技术要点：1 1、小板单边预留量、小板单边预留量0.30.3或或0.4mm(0.4mm(可视玻璃强度选择可视玻璃强度选择)，预留量越大，到，预留量越大，到CNCCNC仿形时进刀量越大，磨头损耗仿形时进刀量越大，磨头损耗 越严重，且可能发生崩刀危险；预留量过小，若由于越严重，且可能发生崩刀危险；预留量过小，若由于CNCCNC机台晃动等原因，可能导致机台晃动等原因，可能导致CNCCNC仿形的玻璃仿形的玻璃 尺寸偏小离异。尺寸偏小离异。2 2、外形、外形R R角或角或C C角较大的，可先行切割边角，以减轻角较大的，可先行切割边角，以减轻CNCCNC仿形的工时。仿形的工时。切割机台金钢石砂轮二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.1 2.1 切割、切割、CNC-CNC-素玻璃切割素玻璃切割玻璃图面单边预留0.3mm或0.4mm外形R角过大，可先切边以利CNC外形R角二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.1 2.1 切割、切割、CNC-CNCCNC-CNC仿形仿形CNCCNC仿形：仿形：用用CNCCNC铣出客户图面要求的外形、磨边和通孔等，技术要点：铣出客户图面要求的外形、磨边和通孔等，技术要点：1 1、CNCCNC时须用水注持续冲洗，使温度降低，减少因温度升高而造成玻璃崩裂、涨缩等问题，且可将磨出时须用水注持续冲洗，使温度降低，减少因温度升高而造成玻璃崩裂、涨缩等问题，且可将磨出的玻璃粉屑冲走，减少玻璃表面刮伤机率。的玻璃粉屑冲走，减少玻璃表面刮伤机率。2 2、采用、采用十轴精雕机，一次成型，无需再次装夹磨头，也无需再次进行玻璃定位，省工时，且对位精十轴精雕机，一次成型，无需再次装夹磨头，也无需再次进行玻璃定位，省工时，且对位精度较高。度较高。CNC铣床可同时多片CNCCNC仿形中二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.1 2.1 切割、切割、CNC-CNCCNC-CNC仿形仿形CNCCNC磨头：磨头：CNCCNC只使用一个磨轮，但将外形、通孔、导角的加工刀轮都集成在一起，这样就可以玻璃放置在载只使用一个磨轮，但将外形、通孔、导角的加工刀轮都集成在一起，这样就可以玻璃放置在载台后不用再取下，各种加工依序完成，保证精度，节省工时。台后不用再取下，各种加工依序完成，保证精度，节省工时。正视图侧视图 玻璃外形加工 玻璃通孔及磨边玻璃上R/C角磨边玻璃下R/C角磨边二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.1 2.1 切割、切割、CNC-CNCCNC-CNC仿形仿形1 1、为何要进行磨边：为何要进行磨边：因玻璃外形加工时，上下表面边缘处会产生沙崩，崩边等不良，需再进行磨边以消除不良。2 2、外形磨边与导角磨边有何区别：外形磨边与导角磨边有何区别：A-外形磨边一般磨轮面是竖直的，金刚石磨砂面约380目，较粗糙；B-导角磨边，依客户需求可为R角或C角，磨轮面是呈一定角度或一定弧度，金刚石磨砂面约800目，较精细，可降低崩边不良率；3 3、CNCCNC进行时，受机台震动、磨轮及玻璃特性等影响，其产出的玻璃成品规格具有一定极限，超出制程进行时，受机台震动、磨轮及玻璃特性等影响，其产出的玻璃成品规格具有一定极限，超出制程 能力的设计将无法实现。能力的设计将无法实现。二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.1 2.1 切割、切割、CNC-CNCCNC-CNC仿形仿形CNC加工能力二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.2 2.2 抛光抛光为何要进行抛光：为何要进行抛光：玻璃原母板自带、CNC仿形时及运输等均可能造成刮伤不良，不良品须进行抛光后方能进入化强制程；如何进行抛光：如何进行抛光：仿形后，将不良品放入抛光机将进行抛光，利用抛光粉将玻璃表面研磨抛光。切割CNC仿形化强素玻璃Packing洗净检查洗净检查抛光研磨刮伤不良玻璃加工制程二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.2 2.2 抛光抛光参数设定Lapping the Size of Largest：350mm(210mm*280mm)Lapping Glass Thickness：0.53.0mmLapping Plate Flatness：0.005mmGrinding Surface Flatness：0.002mmGlass Thickness Uniformity：0.008mm抛光能力抛光室抛光机台抛光机内部二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.3 2.3 化强化强为何要进行化强：为何要进行化强：素玻璃无法承受较大外力压迫，化强后玻璃硬度增加，抗压能力增加，一般硬度能7H；如何进行化强：如何进行化强：将玻璃放入化强炉中(炉温约400度)，用置换液KNO3中的K把玻璃中的Na离子置换出来，从而提高硬度。化强炉化强过程监控二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.3 2.3 化强化强化强的原理：化强的原理：化强是将KNO3中的K把玻璃中的Na离子置换出来，从而提高硬度。为什么为什么K-NaK-Na交换能增加玻璃强度：交换能增加玻璃强度：离子交换使大的离子和玻璃内更小的离子交换时会产生压应力，离子交换可以看成是离子扩散，而碱离子半径大，扩散系数大，适合进行离子交换；另外，离子扩散程度的大小依赖于玻璃的内部构成，这也是目前青版与白版玻璃化强后应力层深度有差别的原因。K-Na置换产生应力层CS二二、玻璃、玻璃加工制程加工制程2.3 2.3 化强化强从实验数据看出：同一厚度玻璃，当化从实验数据看出：同一厚度玻璃，当化强温度升高，离子交换深度强温度升高，离子交换深度DOLDOL加大，加大，但表面压应力减小。但表面压应力减小。三、三、CNCCNC加工与玻璃硬度关系加工与玻璃硬度关系3.1 3.1 玻璃种类玻璃种类目前所用玻璃基本大类有两种：1、青玻：目视多呈青色；供应商有浙玻、洛玻、中央硝子等，特点：硬度较高铝玻璃差；CNC加工较容易，磨头损耗相对较小；化强后应力深层较浅，约有8um10um。2、白玻：目视多呈白色透明，特点：硬度较其它玻璃强；CNC加工时磨头损耗相对较大；化强后应力深层较深，约有40um。值得注意的是，目前市面上有多种高铝玻璃，其参数大致相当，但材料制程等可能有差异。三、三、CNCCNC加工与玻璃硬度关系加工与玻璃硬度关系3.2 3.2 玻璃硬度与玻璃硬度与CNCCNC玻璃硬度与CNC加工关系密切，玻璃硬度越高：1、切割、CNC难度越大，切割刀轮及磨头损耗越严重；2、刀轮行走速度要放慢，且崩刀机率增加，工时延长；3、刀轮更换更频繁，造成成本上升，工时延长；4、切断面更有可能产生崩边不良率，且平整度更不好把握；Sodalime玻璃高铝玻璃DOL：10umCS：350MPaDOL：40umCS：600MPa化强后化强后化强后化强后化强前化强前CNCCNC化强前化强前CNCCNC每个磨轮可加工约7080pcs每个磨轮可加工约4050pcs从实际经验得出：同一厚度，硬度越高之玻璃，CNC加工时，磨轮损耗率越高。玻璃越厚，磨轮损耗率越高；单边预留量越大，磨轮损耗率越高；三、三、CNCCNC加工与玻璃硬度关系加工与玻璃硬度关系3.2 3.2 玻璃硬度与玻璃硬度与CNCCNCOGS：目前业界正评估TOUCH ON COVER，即将TOUCH SENSOR线路及油墨先做到已强化后的大板玻璃上，再进行小板切割、仿形；也就是COVERLENS和TOUCH SENSOR功能集合在one glass上，可节省成本及工时；经第一阶段切割实验，发现渗透刀轮可以切割应力层深度为10um，22um的玻璃；Sodalime Sodalime（DOL=10umDOL=10um）高铝玻璃（高铝玻璃（DOL=22umDOL=22um）1.磨边、钻孔ok。磨头使用正常。2.有刮伤产生，对sensor及印刷层有影响。3.因切割制程存在加工公差(0.1mm)、且切割断面存在不平整度(0.042mm)(0.042mm)(0.042mm)(0.042mm)、CNC加工的公差(0.05mm)，故周边及孔边有白边。1.磨边、钻孔ok。磨头消耗大，约正常品的3倍。2.有刮伤产生，对sensor及印刷层有影响。3.因切割制程存在加工公差(0.1mm)、且切割断面存在不平整度(0.057mm)(0.057mm)(0.057mm)(0.057mm)、CNC加工的公差(0.05mm)，故周边及孔边有白边。切割实验得出：虽然金刚石刀轮可切割DOL=22um强化玻璃，CNC也可钻孔，但也存在切断面平整度不佳等问题，且目前试验数量太少(10pcs)，还计算不出刀轮的磨损率，但预计将比目前切割未强化玻璃的损耗率高。三、三、CNCCNC加工与玻璃硬度关系加工与玻璃硬度关系3.2 3.2 玻璃硬度与玻璃硬度与CNCCNC渗透刀轮：1、刀轮外径2mm，内径0.8mm，厚度0.65mm，在刀轮外围是金刚石磨砂面，是真正对切裂有影响的 部分，其角度为110，齿数135齿(周)，齿深10um。2、渗透刀轮切裂玻璃后，玻璃断面分为三层。第一层为刀轮下刀深度，由刀轮切裂形成；第二层为刀轮渗透层，在渗透刀轮和压力作用下形成，如右上图，刀轮渗透层为规则栅栏状；第三层为切裂完成后玻璃自动渗透行程。刀轮示意图切断面四、镭射切割四、镭射切割4.1 4.1 镭射切割原理镭射切割原理镭射切割的基本原理是利用激光引致的应力使玻璃“分离”。通过聚焦光路在玻璃表面形成椭圆型的聚焦点，椭圆的聚焦焦点保证了激光能量在切割线两侧的均匀的和最优化的分布。玻璃强烈地吸收特定波段的激光，几乎所有的激光能量都被玻璃表面15微米吸收层所吸收，相对玻璃表面移动激光光点形成所需的切割线。选择合适的移动速度，保证既有足够的激光热量在玻璃上形成局部的应力纹样分布（设定的切割线），同时又不会将玻璃融化。所以镭射切割玻璃与切割金属是不同的。镭射切割金属镭射切割玻璃熔融切割应力切割四、镭射切割四、镭射切割4.1 4.1 镭射切割原理镭射切割原理图中可看出，光波长图中可看出，光波长5000nm5000nm（即（即5um5um）时，光透）时，光透过率基本为过率基本为0 0，说明，说明无论是超无论是超白玻璃还是绿玻璃都能白玻璃还是绿玻璃都能100100吸收波长超过吸收波长超过5um5um的光的光，而目，而目前玻璃切割最成熟的是使用波前玻璃切割最成熟的是使用波长为长为10.6um10.6um的激光器，故玻璃的激光器，故玻璃能全部吸收激光能量，减少损能全部吸收激光能量，减少损耗。耗。波长约波长约5um5um时，玻璃能吸收时，玻璃能吸收100100激光。激光。四、镭射切割四、镭射切割4.1 4.1 镭射切割原理镭射切割原理镭射切割时，镭射切割时，激光束在前，冷激光束在前，冷却喷嘴在后却喷嘴在后，随着激光光点的，随着激光光点的移动，冷却嘴将冷空气（水）移动，冷却嘴将冷空气（水）吹到玻璃表面，对受热区域进吹到玻璃表面，对受热区域进行快速淬火，玻璃将沿着应力行快速淬火，玻璃将沿着应力最大的方向产生断裂，从而将最大的方向产生断裂，从而将玻璃沿着设定的方向分离。玻璃沿着设定的方向分离。镭射切割示意图四、镭射切割四、镭射切割4.1 4.1 镭射切割原理镭射切割原理镭射切割：断面非常平滑，无刮屑；机械切割：断面不够平滑(玻璃硬度越强，机械切割断面基本上越差)，表面有齿痕(刀轮上的齿轮切割时产生)，有崩边，沙崩，故有玻璃粉屑产生，增加玻璃刮伤风险，导致化强前也需要清洗干净。镭射切割与机械切割断面比较四、镭射切割四、镭射切割4.2 4.2 镭射切割优缺点镭射切割优缺点镭射切割与CNC 相比，大量产实绩较少，目前国内多在进行试验阶段。从长期来看，优点非常明显：1、镭射切割可按设计好的路线一步完成，曲线切割可不用先行切割边角，玻璃单边预留量更灵活；2、通过调节激光束大小，移动速度等参数，较大强度的玻璃也可切割；2、边缘非常光滑整齐，不需要后续进行清洁和打磨，应可降低刮伤不良率；3、激光引发的分离过程产生高强度、自然回火的边缘，没有微小裂痕，避免残破；4、CNC加工时，机台不可避免会震动，而镭射切割震动量小，切割精度更佳；5、镭射切割为非接触式，没有磨损；镭射切割可能存在的缺点：1、玻璃吸收激光层深度有限(一般15um)，玻璃达到一定厚度(5mm)时，可能无法再进行精确的切割；2、玻璃平整度差的情况下，切割能力可能受限；目前镭射切割玻璃并无大量产实绩，所谓优缺点也仅根据其切割原理及小量测试得出的结论，待大量实目前镭射切割玻璃并无大量产实绩，所谓优缺点也仅根据其切割原理及小量测试得出的结论，待大量实践验证。践验证。