Le Femtoburst™️ pour l’application de découpe de verre

Les lasers femtosecondes sont connus pour être capable de couper n’importe quel type de matériaux. Ils sont utilisés sur des pièces tels que des matériaux semiconducteurs, des composants électroniques, ainsi que des pièces customisées venant de divers secteurs industriels. En effet, le micro-usinage fait au laser femtoseconde est plus précis et permet de diminuer les effets thermiques sur la matière afin de produire des pièces de qualité supérieure. Dr Konstantin Mishchik et son équipe à Amplitude ont travaillé sur une application récente et de plus en plus importante pour les lasers femtosecondes : la découpe de verre.

 

Découpe de verre au laser femtoseconde: comment cela marche-t-il ?

Les impulsions ultracourtes combinant des faisceaux de type Bessel peuvent être utilisé pour faire de la découpe de verre. Les faisceaux Bessel sont plus fins et plus longs que les faisceaux gaussiens, permettant ainsi une absorption d’énergie simultanée des impulsions ultracourtes le long de toute la largeur du verre. L’utilisation de rafales d’impulsions mène à une absorption plus efficace du laser, ainsi qu’à une création de fissures à travers le verre, du haut jusqu’en bas de la largeur. A Amplitude, nous avons développé un procédé basé sur la technologie laser qui utilise ce système de création de fissures pour des procédés de découpe de verre, avec la différence que dans notre cas, l’orientation des fissures est contrôlée de manière précise. Ce procédé peut être utilisé pour couper des verres fins et ultra fins (<200 µm), des verres épais (> 1mm) ou même différents niveaux de verre ou de matériaux transparents avec une séparation facile, une rugosité minime et sans écaillage. En dernier, l’utilisation d’un laser femtoseconde avec des faisceaux de type Bessel est également efficace pour couper le verre sur des trajectoires droites ou courbées.

 

Couper le verre fin sans ablation grâce aux lasers femtosecondes.

Le point clé de ce procédé est que l’énergie absorbée génère des fissures s’étendant bien plus loin que le point d’impact originel. Ceci accélère de manière importante le temps d’opération et permet d’utiliser de manière plus efficace la puissance du laser. Par exemple, dans le cas de verres fins et ultrafins et avec seulement 10 W de puissance, la découpe de ligne droite peut être effectué à une vitesse d’environ 1 m/s, et 100 mm/s pour des parties incurvées.

Il est aussi possible de couper du verre épais ou plus couches de verre (>1 mm) dans une seule rafale avec ce procédé. En ce cas, les expériences (effectuées par Amplitude, avec le laser Tangor couplé à la fonction Femtoburst™️) ont révélé que les paramètres les plus efficaces étaient de produire une rafale contenant 4 à 6 impulsions avec une distribution égale d’énergie parmi celles-ci. L’angle conique est placé aussi bas que possible pour opérer sur des verres épais (jusqu’à 3mm) en un seul passage.

 

Comment les lasers femtosecondes ont-ils amélioré la découpe du verre ?

Les techniques de découpe mécanique de verre, tels que la scie en diamant, le jet de sable, ou d’eau ne sont ni suffisamment précises, ou ont tendance à produire des microfissures, de la poussière, ou des éclats. Les bords découpés manquent de régularité et ainsi doivent être ensuite polis pour atteindre une qualité acceptable pour l’industrie. Un laser femtoseconde, avec les paramètres appropriés, peut exécuter une coupe nette avec très peu d’éclats en un seul passage, même pour le verre épais. Avec des vitesses de mouvement allant au-delà de ~1m/s pour les coupes droites, et 100mm/s pour les parties incurvées, la découpe laser de verre devient une véritable alternative aux autres techniques de découpe de verre.

 

Pour qui s’adresse la découpe de verre au laser femtoseconde ?

Ce procédé concerne principalement à l’heure actuelle les fabricants d’écrans de smartphone qui utilisent des verres plus épais, ou des verres à couches multiples (exemple : LCD). Ces derniers doivent souvent être découpés avec des coins arrondis, des formes complexes et des ouvertures. Bien des méthodes mécaniques ou utilisant d’autres lasers ne peuvent donner le même niveau de précision et de qualité dont les industriels ont besoin pour ce genre de produits. Notre technique peut être aussi utilisé pour couper du verre résistant et plus épais pour l’industrie médicale, du verre trempé pour les protections d’écran, ou même aussi pour l’industrie automobile par exemple.