3D玻璃制造方法与流程

本发明涉及一种3d玻璃制造方法，尤指一种可提升手持或移动装置3d玻璃基板强度及生产具有特殊表面纹理或形状的3d玻璃产品并降低工艺中的不合格率的3d玻璃制造方法。

背景技术：

现行3d玻璃盖板主要为通过cnc工具机进行裁切或钻孔等加工，而玻璃本身具有硬脆的特性，故当在通过cnc工具机进行裁切或钻孔等加工时容易产生碎裂的不合格品，另外，本领域技术人员也有通过普通激光切割取代cnc工具机的，目前镭射切割可概分为烧蚀加工(ablation)与隐形切割(stealthdicing)两类。前者是将镭射能量在极短时间内集中在玻璃表面的微小区域使之蒸发，但普通激光切割具有容易造成边缘熔融且无法从玻璃母片取下的缺点；后者则以镭射聚光于玻璃内部，形成改质层，不会在玻璃表面看出切割痕迹。

现有曲面的3d玻璃盖板主要通过热压方式以公模母模在适当温度(通常介于热转移点及软化点之间)相互压合，使玻璃基板进入母模与公模之间的空间内成型的方式制造3d盖板，公母模型的热压成型机只能在玻璃的热转移温度(transitiontemperature)成型,接近或高于软化点温度(softpoint)～800℃的成型，会导致模具寿命大大降低且成型尺寸(主要是厚度)均匀性无法控制。

也因为较低的成型温度及设备限制无法达到好的模具复写率(例如无法产出具有如喷砂面、拉丝面、或是表面有凸起/凹入字体、logo的产品表面设计)，另一个众所皆知的缺陷是工艺中越多的玻璃接触面积将大大的增加如刮碰伤的机率，而且公母模设计以石墨为材料，石墨中的杂质气孔都会在成型过程中增加产出不合格产品的机率。

另一个3d玻璃产品所遭遇到的困难是在3d曲面上做装饰，就像一般手机玻璃需要有黑色或白色油墨作为装饰，这样的装饰在3d玻璃上变得非常困难，由于油墨在3d表面无法使用传统的网印或是移印工艺。只能使用喷涂方式将油墨喷在曲面的玻璃上等固化后再使用镭雕方式将油墨去除；或是使用感光油墨/光阻整面喷涂后利用曝光显影技术将不要的区域去除。

故现有技术最需改善的首重目标在于；

1.如何精准切割出2d玻璃以利后续3d成型后的尺寸控制；

2.热成型机能够共享石墨或是合金成型模具；

3.如何能在一台设备上完成曝光或是镭雕工艺。

技术实现要素：

因此，为解决上述现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供一种3d玻璃盖板制造方法。

为达上述目的，本发明提供一种3d玻璃制造方法，包括下列步骤：

提供一2d玻璃基板，并以无缝激光切割方式对2d玻璃基板进行预切割(pre-cut)及挖孔；

将前述2d玻璃基板置入一3d热成型设备中进行塑型；

将成型后的3d玻璃基板由该3d热成型设备中取出。

其中，在所述3d玻璃基板成型加工中通过通以惰性气体防止氧化反应发生，所述惰性气体为氮气，并且借由氮气进行缓慢冷却配合不同玻璃特性进行降温冷却。

其中，对该2d玻璃基板进行加热的3d热成型设备中具有一碳化硅加热器、一真空热吸模块、一耐火保护层、一ir温度量测单元、一氮气冷却装置，所述碳化硅加热器设置于加热炉内部腔体的上、下或左、右两侧，并且，加热温度可到1000～1300度，该耐火保护层设置于该加热炉内部腔体壁面，其主要达到隔热、保温等效果并确保加热工作温度可维持在1000度，并且，该耐火保护层为陶瓷纤维板或陶瓷砖，所述真空热吸模块设置于该加热炉内部腔体内，主要用以承载该成型模具并且提供抽气的工作，该真空热吸模块具有一石墨板，该石墨板用以与该成型模具的多个孔洞对应提供均匀热吸成型的抽气工作，该ir温度量测单元为一红外线温度量测单元，设置于该加热炉内部腔体中，并且，该ir温度量测单元主要可依据玻璃工艺需求选择合适温度范围(400～1000度)，并将量测信号回馈至碳化硅加热器进行智能型闭回路控制，或与计算机连接，由计算机进行温度取现监控分析。

其中，该3d玻璃制造方法还具有一步骤：于该3d玻璃基板一侧成型多个触控电极层，此一步骤中该多个触控电极包括一第一电极层、一第二电极层、一走线层、一遮蔽层、至少一绝缘层并彼此叠层设置，前述多个触控电极层主要通过黄光蚀刻工艺或印刷形成于前述玻璃基板一侧。

其中，所述步骤：以无缝激光切割方式对2d玻璃基板进行预切割(pre-cut)及挖孔，该挖孔工艺需搭配使用一般激光烧蚀加工(ablation)将余料去除，其激光种类包括：cw/plustype，而uv波长为355nm或ir波长为1064nm。

其中，所述步骤：将前述2d玻璃基板置入一3d热成型设备中进行塑型成3d玻璃基板，该3d热成型设备通过真空吸引及非接触力的方式对该玻璃基板进行塑型，针对3d玻璃基板厚度不均匀区域或弯角区域，通过一装置提供非接触的下压力将玻璃紧密贴合模具，借由控制此非接触力大小和玻璃受力位置及玻璃在高温时的流动性来克服3d玻璃厚度特别是折弯区域不均匀现象。

其中，步骤：将前述2d玻璃基板置入一3d热成型设备中进行塑型成3d玻璃基板，该3d热成型设备中还具有一成型模具，该成型模具表面可处理成喷砂、拉丝、激光纹及各式凹入或凸起文字及标志(logo)。

其中，所述成型模具的材质为一种镍基超合金，含镍量为50～55％、含铬量17～21％、铌+钽4.75～55％、钼2.8～3.3％及钛0.65～1.15％。

其中，所述成型模具膜穴表面具有氮化铝钛及三氧化二铝镀膜。

其中，该3d玻璃制造方法还具有一步骤：利用喷涂、涂布等方式将热固型油墨、uv固化型油墨均匀分布在玻璃表面，并通过一3d激光曝光工艺以一复合设备进行曝光或是镭雕工艺一次进行多片玻璃基板加工，其加工以载板上的对位标志或是玻璃基板边缘通过ccd系统辨识坐标及计算对需要加工区域进行曝光或镭雕。

其中，该3d玻璃制造方法还具有一步骤：对成型后的3d玻璃基板进行边缘抛光、孔洞边缘抛光、面抛光、化学强化、抗反射(ar)、抗眩光(ag)镀膜等工艺。

并通过本发明3d玻璃制造方法可进一步提高3d玻璃基板的结构强度并且降低制造不合格率的发生。

附图说明

图1：本发明3d玻璃制造方法第一实施例的步骤流程图；

图2：本发明3d玻璃制造方法第一实施例的制造示意图；

图3：本发明3d玻璃制造方法第一实施例的制造示意图；

图4：本发明3d玻璃制造方法第一实施例的制造示意图；

图4a：本发明3d玻璃制造方法第一实施例的玻璃黏度曲线图；

图5：本发明3d玻璃制造方法第二实施例的步骤流程图；

图6：本发明3d玻璃制造方法第三实施例的步骤流程图；

图7：本发明3d玻璃制造方法第三实施例的加工示意图；

图8：本发明3d玻璃制造方法第四实施例的步骤流程图；

图9：本发明3d玻璃制造方法第五实施例的示意图。

附图标记说明

12d玻璃基板

2成型模具

21孔洞

33d热成型设备(加热炉)

31碳化硅加热器

32真空热吸模块

33耐火保护层

34ir温度量测单元

35非外力接触单元

4全自动化设备

41第一输送组

411第一运送机械臂

42第二输送组

421第二运送机械臂

43加热炉

5定位标志

6激光光束

7油墨

83d玻璃基板

具体实施方式

本发明的上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附附图的较佳实施例予以说明。

请参阅图1、2、3、4、4a，为本发明3d玻璃制造方法的第一实施例的步骤流程图、制造示意图及玻璃黏度曲线图，如图所示，所述3d玻璃制造方法包括下列步骤：

s1：提供一2d玻璃基板，并以无缝激光切割方式对2d玻璃基板进行预切割(pre-cut)及挖孔；

提供一市售呈2d状态的玻璃基板，并通过无缝激光切割先对该玻璃基板进行挖孔或裁切等工作，裁切尺寸及挖孔须考虑到3d成型后的尺寸，包括玻璃膨胀收缩及成品与模具的立体阻碍现象，避免因为立体阻碍导致成品无法在成型后由模具取下；所述无缝切割(perfectcleave)是利用超短脉冲激光的一种应用，由于切割道(kerf)宽度已缩减到零,因此切割精度极高，远超过机械加工机及其他传统激光的能力，利用无缝切割技术，从玻璃内部裂开，但表面干净平滑，没有熔渣喷溅，与传统认知的激光切割有很大的不同，并且可改善传统技术通过cnc加工机在2d玻璃基板加工时产生破裂及结构强度降低等问题。

该挖孔工艺需搭配使用一般激光烧蚀加工(ablation)将余料去除，其激光种类包括：cw/plustype，而uv波长为355nm或ir波长为1064nm。

无缝激光切割过程中，波长可以通过玻璃的激光光束经过物镜聚焦到一个点上，然后该光束沿着切割线进行扫描。此处使用的光学系统具有极高的聚焦性能，能够把光压缩到衍射极限，因此高重复、短脉冲的激光束在时间上和空间上被压缩到焦点附近非常小的区域，具有非常高的峰值功率密度。当可通过玻璃的激光光束在压缩过程中，峰值光能密度超过某个扩值的时候，玻璃对激光光束开始出现高吸收率，故优化光学系统以及激光光束的特性，可以更好地控制光密度的扩值，以达到只在玻璃内部、焦点附近超过扩值的目的，而扩值的调整可以视激光光束为高斯光束来描述，激光聚焦受限于绕射极限(如下绕射极限公式)，当扩大激光光束时，可以得到比较小的焦点，得到比较高的能量密度与加工精度，但是此时聚焦深度却变浅(如下聚焦深度的公式)，因此变成只能做浅层的加工，在加工比较厚的物品时，如果要做相同精度的加工，只能用更短波长的激光来达成目的，因此指定的激光条件下(光束直径、横向模式与光束质量m2值)，通过延长焦深或多焦点绕射片，再以透镜聚焦，即可在绕射极限的焦点大小下，延长焦点深度，这样便可以用激光光束选择性地对玻璃内部特定地点进行加工，而不会破坏玻璃表面及边缘，在激光光束处理的区域，会有变质层形成，变质层作为一个裂缝起点，裂缝垂直变长，在玻璃前后表面上下延伸。无缝激光切割从内部把目标材料分割，与普通激光切割从玻璃外部切割材料完全不同。

绕射极限公式

l：焦距λ：波长d：入射光直径m2：激光束品质d.l.spotsize：焦点大小聚焦深度公式：

l：焦距λ：波长d：入射光直径d.o.f.：聚焦深度

s2：将前述2d玻璃基板置入一3d热成型设备中进行塑型成3d玻璃基板；

将所述玻璃基板置入一具有表面镀膜的石墨模具中并对该2d玻璃基板1进行加热，玻璃材料(非牛顿流体)的粘性流动是一个热激活过程，其中，q是活化能，t是温度，r为莫耳气体常数和a近似为一常数。非晶材料的粘性流动的特点与arrhenius行为有偏差：在高温下(在液体状态)，q变化从一个在较低温度下(在玻璃态)的较高值qh到一个较高温度下的较低值ql。根据这一变化，来划分非晶材料。

·在强的条件下:qh-ql<qlor

·在脆的条件下:qh-ql≥ql.

μ＝a·e^q/rt

μ＝a1·t·[1+a2·e^b/rt]·[1+c·e^d/rt]

非晶材料的粘度由由一个二指数方程式相当精确地描述：

其中，包括的常量a1，a2，b，c和d与非晶材料的结合键的热力学参数相关。

如果温度在玻璃化转变温度附近，tg这个方程式可以通过vogel-fulcher-tammann(vft)equation近似方程式(vft)表示。

如果温度低于玻璃化转变温度，t＜＜tg,然后两个指数方程式简化为一个arrheniusequation：

且因为qh＝hd+hm

其中，hd是断键的形成焓(称为configurons)和hm是其运动焓。当温度低于玻璃化转变温度时，t<tg，其粘度的活化能高，因为非晶材料在玻璃态和大部分结合键是完整的。

如果温度是高于玻璃转变温度，t＞＞tg，其粘度的活化能低，因为非晶材料被熔化及其大部分结合键断裂，这有利于流动。成型温度的选择取决于3d玻璃成品形状，例如双边折(2-sidefolding)的3d玻璃，在较高黏度即可完成，相反地，具有复杂表面要求的产品例如喷砂、拉丝面的3d产品就需要在较低黏度状态下成型。

该3d热成型设备中还具有一成型模具2，该成型模具2表面可处理成喷砂、拉丝、激光纹及各式凹入或凸起文字及logo。

针对2d玻璃基板1塑形呈3d玻璃基板8时厚度不均匀区域或弯角区域，通过一装置提供非接触的下压力将玻璃紧密贴合模具，借由控制此非接触力大小和玻璃受力位置及玻璃在高温时的流动性来克服3d玻璃基板8厚度特别是折弯区域不均匀现象，通过施以气体或电浆或磁力等非直接接触力按产品形状对特定位置及经过计算的方向及力量对2d玻璃基板1施以压力至2d玻璃基板1表面使其向成型模具紧密贴附进而成型成3d玻璃基板8。

该3d热成型设备3为一加热炉3，具有一碳化硅加热器31、一真空热吸模块32、一耐火保护层33、一ir温度量测单元34、一氮气冷却装置、非外力接触单元35。

所述碳化硅加热器31设置于该加热炉3内部腔体的上、下或左、右两侧，并且，加热温度可到1000～1300度，该耐火保护层33设置于该加热炉3内部腔体壁面，其主要达到隔热、保温等效果并确保加热工作温度可维持在800-1000度，并且，该耐火保护层33为陶瓷纤维板或陶瓷砖其中任一种。

所述真空热吸模块32设置于该加热炉3内部腔体内，主要用以承载该成型模具并且提供抽气的工作，该真空热吸模块32具有一石墨板321，该石墨板321用以与该成型模具2的多个孔洞21对应提供均匀热吸成型的抽气工作。

该ir温度量测单元34为一红外线温度量测单元34设置于该加热炉3内部腔体中，并且该ir温度量测单元34主要可依据玻璃工艺需求选择合适波长范围(400～1000度)，并将量测信号回馈至碳化硅加热器31进行智能型闭回路控制，或与计算机连接由计算机进行温度取现监控分析。

所述成型模具2的材质为一种镍基超合金，含镍量为50～55％、含铬量17～21％、铌+钽4.75～55％、钼2.8～3.3％及钛0.65～1.15％，并且，该所述成型模具表面具有氮化铝钛及三氧化二铝多层次的真空镀膜作为保护层进一步提高模具的使用寿命。

当该2d玻璃基板1被加热软化至退火温度时即可进行热成型，利用成型模具2的这些孔洞21进行抽气工作，使该玻璃基板1向成型模具2内壁贴附，并且通过利用非外力接触单元35施以气体或电浆或磁力等非直接接触力其中任一种方式对该玻璃基板1施以压力向该成型模具2内加压进而使该玻璃基板1更紧密贴合该成型模具2的内表面后成型成3d玻璃基板8。

在所述2d玻璃基板1成型加工中，通过氮气冷却装置(图中未示)通以惰性气体防止氧化反应发生，所述惰性气体为氮气，并且可借由氮气进行缓慢冷却配合不同玻璃特性进行降温冷却。

s3：最后将成型后的3d玻璃基板由该3d热成型设备内取出。

当前述2d玻璃基板1加热塑型工作完成成3d玻璃基板8并且冷却后，将其由该成型模具2中取出，完成3d玻璃基板8制造作业。

请参阅图5，为本发明3d玻璃制造方法的第二实施例的步骤流程图，如图所示，所述3d玻璃制造方法包括下列步骤：

s1：提供一2d玻璃基板，并以无缝激光切割方式对2d玻璃基板进行预切割(pre-cut)及挖孔；

s2：将前述2d玻璃基板置入一3d热成型设备中进行塑型成3d玻璃基板；

s3：将成型后的3d玻璃基板由该3d热成型设备中取出；

本实施例部分结构技术特征与前述第一实施例相同，故在此将不再赘述，但是，本实施例与前述第一实施例的不同处在于本实施例还具有一步骤：

s4：对成型后的3d玻璃基板进行边缘抛光、孔洞边缘抛光、面抛光、化学强化、抗反射(ar)、抗眩光(ag)镀膜等工艺。

对成型后的3d玻璃基板8表面及边缘及孔洞21边缘通过抛光的方式进行整修，以及通过化学强化、抗反射(ar)、抗眩光(ag)镀膜对表面进行特殊处理。

请参阅图6、7，为本发明3d玻璃制造方法的第三实施例的步骤流程及加工示意图，如图所示，所述3d玻璃制造方法包括下列步骤：

s1：提供一2d玻璃基板，并以无缝激光切割方式对2d玻璃基板进行预切割(pre-cut)及挖孔；

s2：将前述2d玻璃基板置入一3d热成型设备中进行塑型成3d玻璃基板；

s3：将成型后的3d玻璃基板由该3d热成型设备中取出；

s4：对成型后的3d玻璃基板进行边缘抛光、孔洞边缘抛光、面抛光、化学强化、抗反射(ar)、抗眩光(ag)镀膜等工艺；

本实施例部分结构技术特征与前述第二实施例相同，故在此将不再赘述，但是，本实施例与前述第二实施例的不同处在于本实施例还具有一步骤：

s5：利用喷涂、涂布等方式将热固型油墨、uv固化型油墨均匀分布在玻璃表面。

利用喷涂、涂布等方式将热固型油墨或uv固化型油墨7均匀分布在3d玻璃基板8表面，后将这些3d玻璃基板8放置在有定位标志5的载板上方，利用定位标志5或3d玻璃基板8边缘为定位点，控制激光光束6将不需要的油墨7去除，此步骤可一次处理(镭雕)多片3d玻璃基板8，将3d玻璃基板8从载板上取下即可获得具有装饰油墨/光阻的具3d态样的玻璃基板1。

前述工艺可由一复合设备进行曝光或是镭雕工艺一次进行多片3d玻璃基板8加工，其加工是以载板上的对位标志或是3d玻璃基板8边缘通过ccd系统辨识坐标及计算对需要加工区域进行曝光或镭雕。

请参阅图8，为本发明3d玻璃制造方法的第四实施例的步骤流程图，如图所示，所述3d玻璃制造方法包括下列步骤：

s1：提供一2d玻璃基板，并以无缝激光切割方式对2d玻璃基板进行预切割(pre-cut)及挖孔；

s2：将前述2d玻璃基板置入一3d热成型设备中进行塑型成3d玻璃基板；

s3：将成型后的3d玻璃基板由该3d热成型设备中取出；

s4：对成型后的3d玻璃基板进行边缘抛光、孔洞边缘抛光、面抛光、化学强化、抗反射(ar)、抗眩光(ag)镀膜等工艺；

s5：利用喷涂、涂布等方式将热固型油墨、uv固化型油墨均匀分布在玻璃表面；

本实施例部分结构技术特征与前述第一实施例相同，故在此将不再赘述，但是，本实施例与前述第一实施例的不同处在于本实施例还具有一步骤：

s6：于该3d玻璃基板一侧成型触控电极层；

这些触控电极层包括：一第一电极层、一第二电极层、一走线层、一遮蔽层、至少一绝缘层并彼此叠层设置，因触控电极层属公知常识，故在此将不再赘述。

前述多个触控电极层主要通过黄光蚀刻工艺或印刷或3d激光曝光工艺其中任一种方式形成于前述3d玻璃基板8一侧，该3d激光曝光工艺可由一复合设备进行曝光或是镭雕工艺一次进行多片3d玻璃基板8加工，其加工是以载板上的对位标志或是3d玻璃基板8边缘通过ccd系统辨识坐标及计算对需要加工区域进行曝光或镭雕。

请参阅图9，为本发明3d玻璃制造方法的第五实施例的示意图，如图所示，本实施例主要提供一种3d玻璃制造方法全自动化的实施说明，该全自动化设备4具有一第一输送组41、一第二输送组42及多个加热炉43，该第一输送组41及该第二输送组42分设于这些加热炉43两侧，该第一输送组41还具有一第一运送机械臂411，该第二输送组42还具有一第二运送机械臂421，该第一运送机械臂411先将欲加工塑型的玻璃基板1送入这些加热炉43中进行加热及塑型，待完成工作后再由第二输送组42的第二运送机械臂421将该玻璃基板1由这些加热炉43中取出运送至下一工作区。

通过本发明3d玻璃制造方法可改善现有技术手持或移动装置制造时结构产生破损降低结构强度的缺点并提升产品的合格率。