DE10140533A1 - Method and device for micromachining a workpiece with laser radiation - Google Patents

Method and device for micromachining a workpiece with laser radiation

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Abstract

The invention relates to a method for micromachining a workpiece (3), especially for producing a borehole in the workpiece (3), by means of ultrashort-pulse laser radiation. According to the invention, a sacrificial layer (7) is applied to a surface of the workpiece (3) in a fixed manner. Ultrashort laser pulses are then generated, said pulses penetrating the sacrificial layer (7) and removing material from the workpiece (3). The sacrificial layer (7) is removed once a sufficient amount of material has been removed from the workpiece (3).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Mikrobearbeitung eines Werkstücks, insbesondere zum Erzeugen einer Bohrung in dem Werkstück, mittels ultrakurzgepulster Laserstrahlung. The invention relates to a method for Micromachining a workpiece, in particular for producing a Drilling in the workpiece using ultra-short pulsed Laser radiation.

Aus C. Momma et al. "Präzise Mikro-Bearbeitung mit Femtosekunden-Laserpulsen", Laser und Optoelektronik 29 (3/1997) sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Mikrobearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlung, insbesondere zum Bilden von rotationssymmetrischen Ausnehmungen in Werkstücken, bekannt. Bei diesem Verfahren wird Laserstrahlung aus einem ultrakurzgepulsten Laser, beispielsweise aus einem im Femtosekundenbereich gepulsten Laser, auf ein Werkstück gerichtet, um in diesem beispielsweise eine im wesentlichen rotationssymmetrische Ausnehmung, z. B. eine Bohrung, zu bilden. From C. Momma et al. "Precise micromachining with Femtosecond laser pulses ", lasers and optoelectronics 29 (3/1997) a method and an apparatus for micromachining of Workpieces using laser radiation, especially for forming of rotationally symmetrical recesses in workpieces, known. In this process, laser radiation is made from one ultra-short pulsed laser, for example from an im Femtosecond pulsed laser, aimed at a workpiece, to in this one essentially one rotationally symmetrical recess, e.g. B. a hole to form.

Aus der DE 197 44 368 A1 ist der Einsatz eines Femtosekundenlasers in Verbindung mit einem Mittel zum Drehen der Polarisationseinrichtung bekannt. DE 197 44 368 A1 describes the use of a Femtosecond laser in conjunction with a means for rotating the Polarization device known.

Andererseits ist es bekannt, dass beim Bohren mit einem fokussierten Laserstrahl strahleintrittsseitig eine Kantenverrundung nicht vermeidbar ist. Der Radius der Verrundung wird dabei im wesentlichen durch die Strahlkaustik im Brennpunktbereich beeinflusst, d. h. je schärfer die Strahlung fokussiert wird, desto größer ist der Verrundungsradius an der Oberfläche des Werkstücks. Der minimale Brennpunktdurchmesser sowie der Divergenzwinkel werden hauptsächlich durch die Wellenlänge der verwendeten Laserstrahlung, den Durchmesser des aus dem Laser heraustretenden Laserlichts sowie durch die Brennweite der Fokussieroptik bestimmt. On the other hand, it is known that when drilling with a focused laser beam on the beam entry side Edge rounding is unavoidable. The radius of the fillet will essentially by the beam caustic in Focus area affected, i. H. the sharper the radiation is focused, the larger the rounding radius at the Surface of the workpiece. The minimum focus diameter and the divergence angle are mainly determined by the Wavelength of the laser radiation used, the diameter of the laser light emerging from the laser and through the Focal length of the focusing optics determined.

Zusätzlich haben sowohl die Pulsenergie als auch die Pulszahl Einfluss auf die Kantengeometrie des zu bearbeitenden Werkstücks. Beim Perkussionsbohren, d. h. beim Bohren mit einem starren Laserstrahl und einem unbewegten Werkstück ist mit steigender Pulszahl und steigender Pulsenergie eine Zunahme der Verrundung an der Eintrittskante des Laserlichts auf dem Werkstück zu beobachten. In addition, both the pulse energy and the pulse number have Influence on the edge geometry of the machined Workpiece. Percussion drilling, d. H. when drilling with a rigid laser beam and a still workpiece is with increasing pulse number and pulse energy an increase the rounding at the leading edge of the laser light on the To observe the workpiece.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass die beim Bohren abgetragenen Partikel aus dem Werkstück sich im Laufe des Bohrprozesses in der Nähe des Bohrlochs ablagern und bei der Fortsetzung des Bohrvorgangs störend wirken. Die Partikel können an der Oberfläche haften bleiben und müssen dann nachträglich entfernt werden. Another problem is that when drilling removed particles from the workpiece itself in the course of Deposit the drilling process near the borehole and at the Continuing the drilling process is disruptive. The particles can stick to the surface and then have to subsequently removed.

Bislang wird das Problem der Kantenverrundung dadurch gelöst, dass die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks galvanisch mit einer Opferschicht aus Kupfer beschichtet wird, damit sich in dieser die für das Laserbohren typische strahleintrittsseitige Kantenprofil ausbilden kann. Der Einsatz der Opferschicht hat außerdem den Vorteil, dass auch die beim Bohren gelösten Werkstoffpartikel auf der Oberfläche der Opferschicht abgelagert werden und bei Entfernung der Opferschicht zusammen mit dieser entfernt werden. So far, the problem of edge rounding has been solved by that the surface of the workpiece to be machined is galvanic is coated with a sacrificial layer of copper so that this is typical for laser drilling can form edge profile on the beam entry side. The use of the Sacrificial layer also has the advantage that the Drilling dissolved material particles on the surface of the Sacrificial layer to be deposited and upon removal of the Sacrificial layer can be removed along with this.

Nach dem Bohrvorgang wird die Opferschicht wieder entfernt, indem sie durch eine Säure abgeätzt wird. Dieser Vorgang ist sehr aufwendig. Die Abätzdauer muss so festgelegt werden, dass das Werkstück selber nicht durch die Säure angegriffen wird. Ferner entsteht beim Abätzen Wasserstoff, der in die Oberfläche des Werkstücks eindringt und dieses versprödet. Bei einem sehr hoch druckbelasteten metallischen Werkstoff, wie er beispielsweise in einer Dieseleinspritzdüse eingesetzt wird, besteht durch die Wasserstoffversprödung die Gefahr von Brüchen. After the drilling process, the sacrificial layer is removed again, by etching it off with an acid. This process is very complex. The etching time must be set so that the workpiece itself is not attacked by the acid becomes. In addition, hydrogen is generated during the etching process, which Penetrates the surface of the workpiece and embrittles it. at a very high pressure-loaded metallic material, such as he used, for example, in a diesel injector hydrogen embrittlement there is a risk of Fractures.

Ein weiteres Problem bei der Bearbeitung mit konventionellen gepulsten Lasern besteht darin, dass bei Laserpulsen im Nanosekundenbereich durch die Laserenergie eine Verschmelzung im Übergangsbereich zwischen der Opferschicht und dem Werkstück stattfindet, die zu plastischen Verformungen im Übergangsbereich zwischen der Opferschicht und dem Werkstück führen. Nach Entfernung der Opferschicht bleibt dann ein unerwünschter Grat zurück. Another problem when working with conventional pulsed lasers is that laser pulses in Nanosecond range due to the fusion of laser energy in the Transition area between the sacrificial layer and the workpiece takes place, which leads to plastic deformations in the Lead transition area between the sacrificial layer and the workpiece. After removing the sacrificial layer, a remains unwanted burr back.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Mikrobearbeitung zu schaffen, bei dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. It is the object of the invention to provide a method for To create micromachining, which has the disadvantages of the prior art Technology can be avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem der Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Opferschicht fest auf eine Oberfläche des Werkstücks aufgelegt wird, dass anschließend ultrakurze Laserpulse erzeugt werden, die die Opferschicht durchdringen und Material des Werkstücks abtragen, und dass nach ausreichendem Abtrag von Material des Werkstücks die Opferschicht abgenommen wird. According to the invention, this object is achieved in one of the methods of the type mentioned in that a Sacrificial layer placed firmly on a surface of the workpiece is that ultrashort laser pulses are then generated which penetrate the sacrificial layer and material of the workpiece remove, and that after sufficient removal of material from the Workpiece, the sacrificial layer is removed.

Dadurch, dass erfindungsgemäß die Opferschicht nicht chemisch fest mit dem zu bearbeitenden Werkstück verbunden wird, lässt sich die Opferschicht nach der Laserbearbeitung leicht entfernen. Dazu muss die Opferschicht lediglich weggeschoben oder abgehoben werden. Zusammen mit der Opferschicht werden auch die von dem Werkstück abgetragenen Partikel, die sich auf der freien Oberfläche der Opferschicht abgelagert haben, entfernt. Das durch die Laserstrahlung hervorgerufene strahleintrittsseitige Kantenprofil mit der Kantenverrundung ist in der Opferschicht ausgebildet und wird mit dieser entfernt. Dadurch wird eine scharfkantige Kontur am Übergang zwischen der Oberfläche des Werkstücks und der durch die Laserstrahlung hervorgerufenen Vertiefung oder Bohrung erzeugt. Because, according to the invention, the sacrificial layer is not chemical firmly connected to the workpiece to be machined the sacrificial layer becomes light after laser processing remove. To do this, the victim layer simply has to be pushed away or be lifted off. Together with the sacrificial layer also the particles removed from the workpiece deposited on the free surface of the sacrificial layer, away. That caused by the laser radiation edge profile on the beam entry side with the edge rounding is in the sacrificial layer is formed and is removed with it. This creates a sharp-edged contour at the transition between the surface of the workpiece and by the Laser radiation produced depression or bore.

Erfindungsgemäß wird durch ultrakurze Laserpulse ein schmelzfreies Abtragen ermöglicht, d. h. ein Verschmelzen der Opferschicht mit dem Werkstück wird vermieden. Dadurch, dass die Opferschicht spaltfrei auf dem Werkstück aufliegt, wird ein exakter Materialabtrag von dem Werkstück ohne Kantenverrundungen erreicht. Vielmehr werden scharfkantige Ränder an Bohrlöchern oder anderen durch die Laserpulse erzeugten Vertiefungen in dem Werkstück erreicht. According to the invention, ultrashort laser pulses are used enables melt-free removal, d. H. a merger of the Sacrificial layer with the workpiece is avoided. Because the The sacrificial layer lies on the workpiece without gaps exact material removal from the workpiece without Edge rounding reached. Rather, sharp edges are on Boreholes or other generated by the laser pulses Depressions in the workpiece reached.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung. Advantageous further developments result from the Subclaims and from the description.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Werkstück mit Laserpulsen bestrahlt, die eine Länge von weniger als 500 Pikosekunden Dauer, insbesondere von weniger als 1 Pikosekunde, haben. In a preferred embodiment of the method, the Workpiece irradiated with laser pulses that have a length of less than 500 picoseconds in duration, especially less than 1 picosecond.

Als Materialien für die Opferschicht kommen viele verschiedene Materialien in Betracht, insbesondere solche, die aus einem weichen, an die Oberflächenform des Werkstücks anpassbaren und in seinen Eigenschaften dem Material des Werkstücks ähnlichen Material bestehen. Beispielsweise ist auch ein entsprechend hitzebeständiger Kunststoff geeignet. Many come as materials for the sacrificial layer various materials into consideration, especially those made from a soft, to the surface shape of the workpiece adaptable and in its properties to the material of the workpiece similar material exist. For example, is also a suitably heat-resistant plastic.

Bevorzugt wird eine Schicht aus einem weichen Metall als Opferschicht eingesetzt, da die Oberfläche des weichen Metalls leicht an die Oberfläche des Werkstücks angepasst werden kann. Als weiches Metall lässt sich Blei einsetzen. A layer of a soft metal is preferred as Sacrificial layer used because the surface of the soft metal can be easily adapted to the surface of the workpiece can. Lead can be used as a soft metal.

Als Metall ist besonders Kupfer geeignet. Bevorzugt wird eine Kupferschicht von wenigen Hundert Mikrometern Stärke eingesetzt, etwa mit einer Dicke von 200 µm. Copper is particularly suitable as the metal. One is preferred Copper layer a few hundred micrometers thick used, approximately with a thickness of 200 microns.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung mit einem ultrakurzgepulsten Laser zur Durchführung eines der oben gekennzeichneten Verfahren. The invention also relates to a device an ultra short pulsed laser to perform one of the procedures identified above.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Mittel zur Fokussierung des Laserstrahls vorhanden. Durch diese Mittel lassen sich präzise mikrobearbeitete Werkstücke herstellen. In the device according to the invention, means for Focusing of the laser beam available. Leave through these means produce precise micromachined workpieces.

Bevorzugt sind bei der Vorrichtung Mittel zur Drehung der Polarisationsrichtung des Laserstrahls und des Werkstücks relativ zueinander während des Bearbeitungsvorgangs um eine zur Polarisationsebene des Laserstrahls im wesentlichen senkrechte Achse vorgesehen. Auch durch diese Maßnahme wird die Präzision bei der Mikrobearbeitung erhöht. Means for rotating the device are preferred Direction of polarization of the laser beam and the workpiece relative to one another during the machining process The plane of polarization of the laser beam essentially vertical axis provided. This measure will also Precision in micromachining increased.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Einspritzdüsen für die Kraftstoffeinspritzung, Kühlbohrungen in Turbinenschaufeln, Steuerdrosseln für Hydraulikanwendungen und Spinndüsen herstellen. The method according to the invention can be used Injectors for fuel injection, cooling holes in Turbine blades, throttles for hydraulic applications and Make spinnerets.

Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen: The invention will now be described in exemplary embodiments explained in more detail with reference to the drawings. These show:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a schematic side view of an inventive device for carrying out the method according to the invention,

Fig. 2a-c Raster-Elektronenmikroskop-Aufnahmen von mit einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik erzeugten Bohrungen (a und b) und einer erfindungsgemäß hergestellten Bohrung (c) und Fig. 2a-c scanning electron micrographs of a method produced according to the prior art bores (a and b) and a bore according to the invention (c) and

Fig. 3 eine Düsenkuppe einer Einspritzdüse mit Spritzlöchern. Fig. 3 shows a nozzle tip of an injection nozzle with spray holes.

Ein erfindungsgemäßes Lasersystem 1 (Fig. 1) weist einen ultrakurzgepulsten Laser auf, der Laserimpulse im Femtosekundenbereich erzeugt. Der Laser ist beispielsweise ein Ti : Saphir- System, das Pulse mit einer Wellenlänge von 775 nm emittiert. Im Ausbreitungsweg der durch das Lasersystem 1 erzeugten, linear polarisierten Laserstrahlung ist eine Halbwellenplatte 2 angeordnet, die koplanar zur Polarisationsebene der Laserstrahlung angeordnet ist. Die Polarisationsebene der Laserstrahlung liegt senkrecht zur Zeichnungsebene und verläuft in diese hinein, was durch eine Linie P gekennzeichnet ist. Die Halbwellenplatte 2 dient zur Drehung der Polarisationsrichtung der Laserstrahlung. Hierzu ist die Halbwellenplatte 2 mit einer hier nicht dargestellten Drehantriebseinrichtung ausgestattet, die sie um eine zu der Polarisationsebene im wesentlichen senkrechte Drehachse dreht. A laser system 1 according to the invention ( FIG. 1) has an ultrashort pulsed laser which generates laser pulses in the femtosecond range. The laser is, for example, a Ti: sapphire system that emits pulses with a wavelength of 775 nm. A half-wave plate 2 is arranged in the propagation path of the linearly polarized laser radiation generated by the laser system 1 and is arranged coplanar to the polarization plane of the laser radiation. The plane of polarization of the laser radiation is perpendicular to the plane of the drawing and extends into it, which is indicated by a line P. The half-wave plate 2 serves to rotate the direction of polarization of the laser radiation. For this purpose, the half-wave plate 2 is equipped with a rotary drive device, not shown here, which rotates it about an axis of rotation substantially perpendicular to the plane of polarization.

In Ausbreitungsrichtung hinter der Halbwellenplatte 2 ist im Ausbreitungsweg der Laserstrahlung eine diffraktive Optik angeordnet, die eine Einrichtung zur Erzeugung einer bestimmten Intensitätsverteilung auf einem zu bearbeitenden Werkstück 3 bildet und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Hologramm 4 gebildet ist. Das Werkstück 3 ist als ebene Platte ausgebildet. In the direction of propagation behind the half-wave plate 2 , a diffractive optic is arranged in the path of the laser radiation, which forms a device for generating a specific intensity distribution on a workpiece 3 to be machined and is formed by a hologram 4 in the exemplary embodiment shown. The workpiece 3 is designed as a flat plate.

Das Hologramm 4 ist auf einem Positioniertisch angeordnet, der in Fig. 1 durch einen Pfeil 5 symbolisiert ist und zur genauen Einstellung des Abstands zwischen dem Hologramm 4 und dem zu bearbeitenden Werkstück 3 dient. Das Hologramm 4 ist in ein transparentes Material aus Kunststoff, aus einem Polymer, aus Glas, Quarz oder einem Salz eingebracht. Anstelle des Hologramms 4 lässt sich auch ein Linsensystem zur Beugung des Strahls der Laserpulse einsetzen. The hologram 4 is arranged on a positioning table, which is symbolized in FIG. 1 by an arrow 5 and is used for the exact setting of the distance between the hologram 4 and the workpiece 3 to be processed. The hologram 4 is introduced into a transparent material made of plastic, a polymer, glass, quartz or a salt. Instead of the hologram 4 , a lens system can also be used to diffract the beam of the laser pulses.

Das Werkstück 3 ist ebenfalls an einem Positioniertisch angeordnet, der in Fig. 1 durch einen Pfeil 6 angedeutet ist und zur genauen Einstellung des Bereichs des Werkstücks 3 dient, der bearbeitet werden soll. The workpiece 3 is also arranged on a positioning table, which is indicated in FIG. 1 by an arrow 6 and is used for precise adjustment of the area of the workpiece 3 that is to be machined.

Vor dem Werkstück 3 ist eine Opferschicht 7 als Platte ohne Spaltbildung aufgelegt. Zur Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen dem Werkstück 3 und der Opferschicht dienen hier nicht dargestellte Befestigungsmittel, im einfachsten Fall ein Klebeband oder eine Schraubzwinge. A sacrificial layer 7 is placed in front of the workpiece 3 as a plate without gap formation. Fasteners (not shown), in the simplest case an adhesive tape or a screw clamp, are used to produce a detachable connection between the workpiece 3 and the sacrificial layer.

Das Hologramm 4 ist beispielsweise ein Doughnut-Hologramm, so dass sich bei Betrieb des Lasersystems 1 eine kreisringförmige Intensitätsverteilung auf der Opferschicht 7 und nach Abtragung des entsprechenden Bereichs auf der Opferschicht 7 auf dem Werkstück 3 selbst einstellt. The hologram 4 is, for example, a donut hologram, so that when the laser system 1 is in operation, an annular intensity distribution is established on the sacrificial layer 7 and after removal of the corresponding area on the sacrificial layer 7 on the workpiece 3 itself.

Zur Bildung einer rotationssymmetrischen Bohrung in dem Werkstück 3 wird die Laserstrahlung des Lasersystems 1 über die Halbwellenplatte 2 und das Hologramm 4 auf die Opferschicht 7 und somit auch auf das Werkstück 3 gerichtet, so dass sich die kreisringförmige Intensitätsverteilung einstellt. Während des Bearbeitungsvorgangs wird die Halbwellenplatte 2 durch die Drehantriebsvorrichtung kontinuierlich drehangetrieben, so dass die Polarisationsrichtung der Laserstrahlung während des Bearbeitungsvorgangs kontinuierlich in einer einheitlichen Drehrichtung in der Polarisationsebene P gedreht wird. Durch die Laserstrahlung wird gemäß der kreisringförmigen Intensitätsverteilung Material von der Opferschicht 7 und dann von dem Werkstück 3 selbst abgetragen. Dabei wird entweder eine Sacklochbohrung erzeugt, oder es wird eine durchgehende Bohrung gebildet, so dass die Laserstrahlung auf der einem Eintrittsbereich 8 (Fig. 2c) abgewandten Austrittsseite 9 des Werkstücks 3 wieder heraustritt. To form a rotationally symmetrical bore in the workpiece 3 , the laser radiation of the laser system 1 is directed via the half-wave plate 2 and the hologram 4 onto the sacrificial layer 7 and thus also onto the workpiece 3 , so that the circular intensity distribution is established. During the machining process, the half-wave plate 2 is continuously driven in rotation by the rotary drive device, so that the polarization direction of the laser radiation is continuously rotated in the polarization plane P during the machining process in a uniform direction of rotation. According to the circular intensity distribution, the laser radiation removes material from the sacrificial layer 7 and then from the workpiece 3 itself. In this case, either a blind hole is produced or a through hole is formed so that the laser radiation emerges again on the exit side 9 of the workpiece 3 facing away from an entry region 8 ( FIG. 2c).

Anstelle der linear polarisierten Laserstrahlung lässt sich auch zirkular polarisierte Laserstrahlung einsetzen. In diesem Fall wird anstelle der drehantreibbaren Halbwellenplatte 2 eine ortsfeste λ/4-Platte verwendet, die die Laserstrahlung zirkular polarisiert. Instead of linearly polarized laser radiation, circularly polarized laser radiation can also be used. In this case, instead of the half-wave plate 2, which can be driven in rotation, a stationary λ / 4 plate is used which circularly polarizes the laser radiation.

Aus Fig. 2c ist ersichtlich, dass durch das Auflegen der Opferschicht im Eingangsbereich 8 ein verrundungsfreier, präziser und scharfkantiger Übergang von einer der Opferschicht 7 zugewandten Oberfläche 10 des Werkstücks 3 und einer Bohrung 11 erzeugt wird. It can be seen from FIG. 2 c that the application of the sacrificial layer in the entrance area 8 produces a rounding-free, precise and sharp-edged transition from a surface 10 of the workpiece 3 facing the sacrificial layer 7 and a bore 11 .

Im Unterschied hierzu gelingt es mit einer nach dem Stand der Technik durchgeführten Laserbestrahlung mit einem Nd : YAG- Laser mit Pulsen im Nanosekundenbereich bei einer zunächst aufgelegten und dann entfernten Opferschicht nicht, eine scharfe Kante zwischen einer Bohrung 13 (Fig. 2a) und einer Oberfläche 14 herzustellen. Vielmehr entsteht ein Bereich, in dem das Material des Werkstücks mit dem Material der Opferschicht verschmilzt. Beim Entfernen der Opferschicht entsteht durch das gewaltsame Abreißen der Opferschicht eine gratförmige Zone 15 mit einer plastischen Verformung am Werkstück. Auch bei Einsatz eines Femtosekundenlasers wird, wenn nach einem herkömmlichen Laserbestrahlungsverfahren keine Opferschicht eingesetzt wird, kein präziser Übergang zwischen einer Bohrung 16 (Fig. 2b) und einer Oberfläche 17 eines Werkstücks erzeugt. Vielmehr entsteht eine trichterförmige Verbreiterung der Bohrung, die zudem noch eine Riefenstruktur aufweist. In contrast to this, with a laser irradiation carried out according to the state of the art with an Nd: YAG laser with pulses in the nanosecond range with a sacrificial layer initially placed and then removed, a sharp edge between a bore 13 ( FIG. 2a) and a surface is not possible 14 manufacture. Rather, an area is created in which the material of the workpiece melts with the material of the sacrificial layer. When the sacrificial layer is removed, the violent tearing off of the sacrificial layer creates a burr-shaped zone 15 with a plastic deformation on the workpiece. Even when using a femtosecond laser, if no sacrificial layer is used according to a conventional laser irradiation method, no precise transition between a bore 16 ( FIG. 2b) and a surface 17 of a workpiece is produced. Rather, a funnel-shaped widening of the bore is created, which also has a groove structure.

Erst durch den erfindungsgemäßen Einsatz ultrakurzgepulster Laserstrahlung in Verbindung mit der auf das Werkstück 3 aufgelegten Opferschicht 7 wird der hochgenaue, in Fig. 2c dargestellte Übergang erzielt. Das Werkstück 3 besteht beispielsweise aus einem einsatzgehärteten Stahl, einem Nitrierstahl oder einem Edelstahl. The high-precision transition shown in FIG. 2c is only achieved through the use of ultrashort-pulsed laser radiation according to the invention in conjunction with the sacrificial layer 7 placed on the workpiece 3 . The workpiece 3 consists, for example, of a case-hardened steel, a nitriding steel or a stainless steel.

In einem anderen Ausführungsbeispiel (Fig. 3) weist eine Düsenkuppe 18 einer Einspritzdüse für einen Dieselmotor Spritzlöcher 19 und 20 auf, die durch das Lasersystem 1 erzeugt werden, wenn dessen Laserpulse von außen auf die Düsenkuppe 18 gerichtet werden. Erfindungsgemäß wird dabei eine Opferschicht 21 aus Kupfer aufgelegt, die beispielsweise von einer Rolle abgewickelt wird. Nachdem das jeweilige Spritzloch 19 oder 20 gebildet worden ist, wird die Rolle weitergewickelt, so dass von dem Band des Opfermaterials wieder neues Materials auf der Düsenkuppe 18 aufliegt, das dann als Opferschicht 21 dient. Die Spritzlöcher 19, 20 haben einen Durchmesser von 100 bis 200 µm und eine Tiefe im Millimeterbereich. Mit dem Lasersystem 1 lassen sich jedoch auch Bohrungen mit einem Durchmesser von nur 50 µm erzielen. In another exemplary embodiment ( FIG. 3), a nozzle tip 18 of an injection nozzle for a diesel engine has spray holes 19 and 20 which are generated by the laser system 1 when its laser pulses are directed onto the nozzle tip 18 from the outside. According to the invention, a sacrificial layer 21 made of copper is applied, which is unwound from a roll, for example. After the respective spray hole 19 or 20 has been formed, the roll is further wound so that new material from the strip of the sacrificial material rests on the nozzle tip 18 , which then serves as the sacrificial layer 21 . The spray holes 19 , 20 have a diameter of 100 to 200 microns and a depth in the millimeter range. With the laser system 1 , however, bores with a diameter of only 50 μm can also be achieved.

Claims (7)

1. Verfahren zur Mikrobearbeitung eines Werkstücks (3), insbesondere zum Erzeugen einer Bohrung in dem Werkstück (3), mittels ultrakurzgepulster Laserstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Opferschicht (7) fest auf eine Oberfläche des Werkstücks (3) aufgelegt wird, dass anschließend ultrakurze Laserpulse erzeugt werden, die die Opferschicht (7) durchdringen und Material des Werkstücks (3) abtragen, und dass nach ausreichendem Abtrag von Material des Werkstücks (3) die Opferschicht (7) abgenommen wird. 1. A method for micromachining a workpiece ( 3 ), in particular for producing a hole in the workpiece ( 3 ), by means of ultra-short-pulsed laser radiation, characterized in that a sacrificial layer ( 7 ) is placed firmly on a surface of the workpiece ( 3 ) that subsequently ultra-short laser pulses are generated which penetrate the sacrificial layer ( 7 ) and remove material of the workpiece ( 3 ), and that after sufficient removal of material from the workpiece ( 3 ) the sacrificial layer ( 7 ) is removed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (3) von Laserpulsen mit einer Länge von weniger als 500 Pikosekunden Dauer, insbesondere von weniger als 1 Pikosekunde, bestrahlt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the workpiece ( 3 ) is irradiated by laser pulses with a length of less than 500 picoseconds, in particular less than 1 picosecond. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Opferschicht (7) eine Schicht aus einem weichen, an die Oberflächenform des Werkstücks (3) anpassbaren und in seinen Eigenschaften dem Material des Werkstücks (3) ähnlichen Material gewählt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that as the sacrificial layer ( 7 ) is a layer of a soft, to the surface shape of the workpiece ( 3 ) adaptable and in its properties the material of the workpiece ( 3 ) similar material is selected. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Opferschicht (7) eine Schicht aus einem weichen Metall eingesetzt wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that a layer of a soft metal is used as the sacrificial layer ( 7 ). 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall Kupfer verwendet wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that copper is used as the metal. 6. Vorrichtung mit einem ultrakurzgepulsten Laser (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (4) zur Fokussierung des Laserstrahls vorhanden sind. 6. Device with an ultrashort pulsed laser ( 1 ) for carrying out a method according to one of claims 1 to 5, characterized in that means ( 4 ) for focusing the laser beam are present. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (2) zur Drehung der Polarisationsrichtung des Laserstrahls und des Werkstücks (3) relativ zueinander während des Bearbeitungsvorgangs um eine zur Polarisationsebene des Laserstrahls im wesentlichen senkrechte Achse vorhanden sind. 7. The device according to claim 6, characterized in that means ( 2 ) for rotating the direction of polarization of the laser beam and the workpiece ( 3 ) relative to each other are present during the machining operation about an axis substantially perpendicular to the plane of polarization of the laser beam.
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