Entwicklung und Umsetzung eines innovativen laserunterstutzten Verfahrens zum flexiblen und partiellen Umformen von Freiform-Coverglasanwendungen (Projekt 'LaUmCo')

摘要

Aufgrund stetig wachsender Anspruche hinsichtlich hoher Qualitat und kurzer Herstellungszeiten sind Fertigungsverfahren Gegenstand intensiver Forschungen. So auch im Bereich der Glasindustrie, in welcher insbesondere Displayanwendungen einen wichtigen Markt darstellen. Die Anwendungen sind vielfaltig und reichen von der Unterhaltungsindustrie bis hin zum Automotive-Bereich. Zum Einsatz kommen dabei spezielle Alumosilikatglaser, welche sich aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung durch eine hohe Kratz- und Bruchfestigkeit auszeichnen. Die Bearbeitung dieses Materials erfordert, besonders im Hinblick auf zu erzeugende 3D-Konturen, weitaus komplexere Verfahren als die bisher bekannten Vorgehensweisen in der Fertigungstechnik. [1] [2] Im Rahmen des Forschungsprojektes "LaUmCo" wurde deshalb mit dem Projektpartner Glamaco GmbH ein Verfahren zum partiellen Laserstrahlumformen von Displayglas entwickelt und im Hinblick auf seine Prozesseigenschaften erprobt. Hierzu wird der umzuformende Bereich des Glases partiell durch einen maanderformigen Energieeintrag mittels CO_2-Laserstrahlung (λ = 10,6 μm) erwarmt. Daraus resultieren eine Erweichung des Glasbereiches infolge der verringerten Viskositat, sowie ein Absenken an eine Formschulter, welche den zu erzeugenden Kantenradius vorgibt. Eine Quarzglasrolle dient zudem als Umformhilfe, da die geringe Materialstarke der verwendeten Dunnglaser allein nicht zum schwerkraftbedingten Absinken fuhrt. Aufgrund des hohen Ausdehnungskoeffizienten und der niedrigen Temperaturwechselbestandigkeit ist eine Vorerwarmung des Substrates notwendig. Diese wird durch die Bearbeitung in einem speziell entwickelten Heizofensystem gewahrleistet. [3] Uber den Projektverlauf erfolgten Parameterstudien an unterschiedlichen Alumosilikatdisplayglasern (Xensation Schott, Gorilla Glass Corning, Dragontrail AGC, Glanova NSG) mit Abmessungen zwischen 65 × 70 mm~2 und 130 × 130 mm~2. Auch die Glasdicke der Proben wurde im Bereich von 0,55 mm bis 1,3 mm variiert. Messtechnisch wurden die Glaser mit verschiedenen Systemen beurteilt, wobei ein Tastschnittgerat zur taktilen Radienverlaufsmessung, ein Digitalmikroskop zur Beurteilung der Umformlinearitat und ein Polarimeter zur Spannungsprufung Anwendung fanden. Die Komponenten der Umformanlage wurden stetig in Kooperation mit dem Projektpartner Glamaco GmbH verbessert und weiterentwickelt. Durch das neue Fertigungsverfahren des Laserstrahlumformens von Displayglas konnen Prozesszeiten minimiert und Probenqualitat erhoht werden. Die Umformung kann bisher beidseitig fur verschiedene Radiengeometrien (R = 5 mm, 10 mm) mit einer Genauigkeit von ± 0,2 mm erfolgen. Die Vorteile der Laserstrahlung fuhren des Weiteren zu einer hohen Automatisierbarkeit, einem reproduzierbaren Verfahrensablauf und einer weitest gehenden Erhaltung der optischen Qualitat im Umformbereich. Die integrierte Feinkuhlvorrichtung ermoglicht es, spannungsarme Proben mit einem optischen Gangunterschied von < 5 nm·cm~(-1) zu generieren, was den Anforderungen fur optische Anwendungen entspricht. Das Projekt konnte erfolgreich abgeschlossen werden, weist dennoch weiteres Forschungspotential auf. So sind erganzende Parameteroptimierungen ebenso empfehlenswert wie die Ubertragung des Verfahrens auf Glaser noch grosserer Dicken (d > 1,3 mm), beispielsweise fur den Automotive-Bereich.