BR112014013742B1

BR112014013742B1 - método para proteger uma superfície, sistema para uso na proteção de superfícies e método para usinagem a laser

Info

Publication number: BR112014013742B1
Application number: BR112014013742-0A
Authority: BR
Inventors: Andrew C. Forsman; Billy L. Johnson; Charles P. Moeller; Erik H. Lundgren; James A. Carmichael; Timothy C. Bertch
Original assignee: General Atomics
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2018-12-11
Also published as: MX2014006787A; CN104254428A; JP2015504783A; JP6165163B2; US20130146570A1; RU2014126634A; KR20140112498A; CN106001945A; EP2788142B1; WO2013086360A1; EP2788142A4; CN106001945B; EP2788142A1; CN106624393A; US9815141B2; RU2647952C2; MX357571B; BR112014013742B8; BR112014013742A2; BR112014013742C8

Description

(54) Título: MÉTODO PARA PROTEGER UMA SUPERFÍCIE, SISTEMA PARA USO NA PROTEÇÃO DE SUPERFÍCIES E MÉTODO PARA USINAGEM A LASER (73) Titular: GENERAL ATOMICS. Endereço: 3350 General Atomics Court, San Diego, CA 95121-1195, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA(US) (72) Inventor: ANDREWC. FORSMAN; BILLY L. JOHNSON; CHARLES P. MOELLER; ERIK H. LUNDGREN; JAMES A. CARMICHAEL; TIMOTHY C. BERTCH.

Prazo de Validade: 20 (vinte) anos contados a partir de 07/12/2012, observadas as condições legais

Expedida em: 11/12/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

1/78 “MÉTODO PARA PROTEGER UMA SUPERFÍCIE, SISTEMA PARA USO NA PROTEÇÃO DE SUPERFÍCIES E MÉTODO PARA USINAGEM A LASER” Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se geralmente a usinagem a laser, e mais especificamente a proteção de incidência indesejada de laser em uma peça.

Antecedentes da Invenção [002] Em usinagem a laser, uma série de pulsos de laser é impactada de encontro a uma peça alvo a fim de perfurar um orifício através da peça. Entretanto, a energia do laser tipicamente ou passa através da peça ou é refletida na peça, e então se propaga para uma área ou outra superfície da peça e provoca dano à peça. Por exemplo, a energia do laser resulta em dano a uma parede traseira ou através da superfície da peça oposta à parte da peça onde o orifício é formado. Abordagens típicas para mitigar este dano à parede traseira incluem a introdução de um meio fluido entre a superfície a ser perfurada e a superfície da parede traseira da peça, onde o fluido inclui propriedades de barreira ou de absorção tal como partículas de absorção de luz, partículas de pigmento, corante, partículas fluorescentes ou uma emulsão água / óleo com propriedades de dispersão de luz.

Descrição da Invenção [003] Diversas realizações da invenção vantajosamente endereçam as necessidades acima bem como outras necessidades fornecendo métodos para proteger uma superfície durante usinagem a laser. Em algumas realizações, os métodos para proteger uma superfície durante usinagem a laser compreendem: dirigir um fluido para dentro de uma cavidade de um objeto que está sendo usinado a laser, onde o fluido não tem propriedades de absorção de laser; e dirigir uma pluralidade de pulsos de laser para uma parede do objeto que está sendo usinado a laser, onde os pulsos de laser são

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2/78 configurados para formar um orifício através da parede de modo que pelo menos um pulso de laser passe através do orifício e entre na cavidade enquanto o fluido é dirigido para dentro da cavidade de modo que o pulso de laser seja incidente no fluido e em uma superfície juntos, a fim de inibir dano à parede traseira.

[004] Algumas realizações fornecem sistemas para uso na proteção de superfícies durante usinagem a laser, que compreendem: um substrato de proteção configurado para ser posicionado dentro de uma cavidade de um objeto a ser usinado a laser de modo que o pulso de laser que realiza a usinagem a laser seja incidente sobre o substrato de proteção quando o pulso de laser passa através de um orifício no objeto formado através de usinagem a laser e entre na cavidade, onde o pulso de laser é inibido de colidir em uma superfície traseira do objeto através da cavidade do orifício; uma fonte de fluido posicionada relativa ao substrato de proteção, onde a fonte de fluido é configurada para dirigir um fluido em direção ao substrato de proteção.

[005] Em outras realizações, os métodos para usinagem a laser compreendem: configurar uma fonte de laser relativa a um objeto a ser usinado a laser, onde o objeto a ser usinado tem uma cavidade interna em uma parte do objeto a ser usinado a laser; controlar a fonte de laser para produzir uma série de pulsos de laser; fornecer um fluido para dentro da cavidade ao mesmo tempo na realização do controle da fonte de laser; e controlar quais dos pulsos de laser são dirigidos a uma parte do objeto onde deve ser produzido um orifício de modo que menos do que todos os pulsos de laser sejam dirigidos ao objeto onde um sincronismo entre pulsos que são dirigidos ao objeto fornece proteção para uma parede traseira do objeto contra danos que de outra forma seriam provocados por um ou mais dos pulsos de laser dirigidos ao objeto.

Breve Descrição dos Desenhos [006] Os aspectos, características e vantagens acima e outros

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3/78 das diversas realizações da presente invenção ficarão mais evidentes a partir de descrição mais particular da mesma a seguir, apresentada em conjunto com os desenhos a seguir.

[007] A FIGURA 1 retrata uma vista de corte simplificada de um objeto para ser usinado a laser.

[008] A FIGURA 2 retrata uma vista de corte simplificada do objeto da FIGURA 1 durante a usinagem a laser quando um pulso de laser penetra a parede e provoca dano a uma superfície da parede traseira.

[009] A FIGURA 3 retrata um diagrama simplificado de um sistema de proteção de acordo com algumas realizações.

[010] A FIGURA 4 retrata um diagrama simplificado de um substrato de proteção que coopera com um conduto de fluido, de acordo com algumas realizações.

[011] A FIGURA 5 retrata uma vista em perspectiva simplificada de um substrato de proteção de acordo com algumas realizações.

[012] A FIGURA 6 retrata uma vista de corte parcial simplificada de um substrato de proteção de acordo com algumas realizações.

[013] A FIGURA 7 retrata uma vista em perspectiva simplificada de um sistema de proteção de acordo com algumas realizações.

[014] A FIGURA 8 retrata um diagrama de blocos simplificado de um sistema de usinagem a laser de acordo com algumas realizações.

[015] A FIGURA 9 retrata uma representação de diagrama de blocos simplificado de um sistema de usinagem a laser de acordo com algumas realizações.

[016] A FIGURA 10A retrata um diagrama de blocos simplificado que mostra uma implementação exemplificativa do sistema de laser e desvio de curso de pulso da FIGURA 9 de acordo com algumas realizações.

[017] A FIGURA 10B retrata um diagrama de sincronismo

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4/78 simplificado representativo de sincronismo de pulso de laser usado na realização de usinagem a laser de acordo com algumas realizações.

[018] A FIGURA IOC retrata um diagrama de blocos simplificado que mostra uma implementação exemplificativa do sistema de laser e desvio de curso de pulso da FIGURA 9 de acordo com algumas realizações.

[019] A FIGURA 10D retrata um diagrama de sincronismo simplificado representativo de sincronismo de pulso de laser usado na realização de usinagem a laser de acordo com algumas realizações.

[020] A FIGURA 11 retrata um fluxograma simplificado de um processo de usinagem a laser ao mesmo tempo em que fornece proteção da parede traseira, de acordo com algumas realizações.

[021] A FIGURA 12 retrata um fluxograma simplificado de um processo de usinagem a laser ao mesmo tempo em que protege uma superfície da parede traseira de um objeto que está sendo usinado a laser, de acordo com algumas realizações.

[022] A FIGURA 13 retrata um fluxograma simplificado de um processo de usinagem a laser de um objeto de acordo com algumas realizações.

[023] A FIGURA 14 retrata um fluxograma simplificado de um processo, de acordo com algumas realizações, para proteger uma parede traseira de um objeto durante usinagem a laser de que objeto.

[024] A FIGURA 15 retrata uma vista de corte de diagrama simplificado de um objeto durante usinagem a laser de acordo com algumas realizações.

[025] A FIGURA 16A retrata um diagrama de sincronismo simplificado representativo de sincronismo de pulso de laser usado na realização de usinagem a laser de acordo com algumas realizações.

[026] A FIGURA 16B retrata um diagrama de sincronismo

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5/78 simplificado representativo de sincronismo de pulso de laser usado na realização de usinagem a laser de acordo com algumas realizações.

[027] A FIGURA 17 mostra um diagrama de sincronismo simplificado representativo do sincronismo de pulso de laser usado na realização de usinagem a laser de acordo com algumas realizações.

[028] A FIGURA 18 retrata um diagrama de blocos simplificado de um sistema de usinagem a laser, de acordo com algumas realizações.

[029] A FIGURA 19 retrata um fluxograma simplificado de um processo para fornecer proteção da parede traseira durante usinagem a laser, de acordo com algumas realizações.

[030] A FIGURA 20 retrata um fluxograma simplificado de um processo de usinagem a laser de um objeto de acordo com algumas realizações.

[031] A FIGURA 21 mostra uma vista de corte exemplificativa de um objeto que tenha sido perfurado a laser sem proteção da parede traseira.

[032] A FIGURA 22, entretanto, mostra uma vista de corte exemplificativa de um objeto que tenha sido perfurado a laser ao mesmo tempo em que aplicando proteção da parede traseira de acordo com algumas realizações.

[033] A FIGURA 23 retrata uma vista de corte de diagrama simplificado de um sistema de proteção de usinagem a laser de acordo com algumas realizações.

[034] A FIGURA 24 retrata uma vista de corte simplificada de um sistema de proteção de usinagem a laser alternativo de acordo com algumas realizações.

[035] A FIGURA 25 ilustra um sistema para uso na implementação de métodos, técnicas, controle, dispositivos, aparelhos, sistemas, computadores e afins para fornecer usinagem a laser ao mesmo

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6/78 tempo em que protege uma superfície da parede traseira de um objeto que está sendo usinado a laser de acordo com algumas realizações.

[036] AS FIGURAS 26 e 27 mostram imagens de sistemas de proteção com substratos de proteção, de acordo com algumas realizações.

[037] A FIGURA 28 mostra uma vista em perspectiva de um sistema de proteção para uso em um sistema de proteção de usinagem a laser de acordo com algumas realizações.

[038] A FIGURA 29 mostra uma vista de corte simplificada de uma parte do sistema de proteção da FIGURA 28, de acordo com algumas realizações.

[039] A FIGURA 30 mostra uma vista em perspectiva do sistema de proteção da FIGURA 28 relativo a um poste de montagem que é usado para posicionar o substrato de proteção do sistema de proteção dentro de um objeto para ser usinado a laser, de acordo com algumas realizações.

[040] A FIGURA 31 ilustra uma vista de corte parcial simplificada de uma parte do sistema de proteção da FIGURA 28 posicionada dentro de um objeto exemplificativo que está sendo usinado a laser, de acordo com algumas realizações.

[041] A FIGURA 32 mostra uma vista de corte simplificada do sistema de proteção da FIGURA 31 no eixo A-A, de acordo com algumas realizações.

[042] A FIGURA 33A mostra uma vista de corte simplificada de uma parte de um sistema de proteção de laser, de acordo com algumas realizações.

[043] A FIGURA 33B ilustra uma vista de corte parcial simplificada de uma parte do sistema de proteção de laser da FIGURA 33A posicionada dentro de um objeto exemplificativo que está sendo usinado a laser, de acordo com algumas realizações.

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7/78 [044] A FIGURA 34A mostra uma vista de corte simplificada de uma parte de um sistema de proteção de laser, de acordo com algumas realizações.

[045] A FIGURA 34B ilustra uma vista de corte parcial simplificada de uma parte do sistema de proteção de laser da FIGURA 34A posicionada dentro de um objeto exemplificativo que está sendo usinado a laser, de acordo com algumas realizações.

[046] A FIGURA 35 mostra uma imagem de um objeto com dano por laser como resultado de usinagem a laser realizada sem proteção da parede traseira.

[047] A FIGURA 36 mostra uma imagem de um objeto sem dano à parede traseira após a usinagem a laser ter sido realizada ao mesmo tempo em que protegendo a parede traseira de acordo com algumas realizações.

[048] Caracteres de referência correspondentes indicam componentes correspondentes por todas as diversas vistas dos desenhos. Especialistas avaliarão que os elementos nas figuras são ilustrados para simplicidade e clareza e não foram necessariamente desenhados em escala. Por exemplo, as dimensões de alguns dos elementos nas figuras podem estar exageradas relativas a outros elementos para ajudar a melhorar o entendimento de várias realizações da presente invenção. Também, elementos bem conhecidos, mas comuns que são úteis ou necessários em uma realização viável comercialmente frequentemente não são retratados a fim de facilitar uma vista menos obstruída destas várias realizações da presente invenção.

Descrição de Realizações da Invenção [049] A descrição a seguir não deve ser tomada em um sentido de limitação, mas é feita meramente para o propósito de descrever os princípios gerais de realizações exemplificativas. O escopo da invenção deve

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8/78 ser determinado com referência para as reivindicações.

[050] Referência por toda esta especificação para uma realização, algumas realizações, algumas implementações ou expressão similar significa que uma característica, estrutura, ou característica particular descrita em conexão com a realização é incluída em pelo menos uma realização da presente invenção. Portanto, aparições das expressões em uma realização, em algumas realizações e expressão similar por toda esta especificação pode, mas não necessariamente, se referem todas a mesma realização.

[051] Além disso, os recursos, estruturas, ou características descritos da invenção podem ser combinados de qualquer maneira adequada em uma ou mais realizações. Na descrição a seguir são fornecidos vários detalhes específicos, tais como exemplos de programação, módulos de software, seleções de usuário, transações de rede, consultas a bancos de dados, estruturas de banco de dados, módulos de hardware, circuitos de hardware, pastilhas de microcircuitos de hardware, etc., para fornecer um entendimento completo das realizações da invenção. Um técnico no assunto reconhecerá, entretanto, que a invenção pode ser praticada sem um ou mais dos detalhes específicos, ou com outros métodos, componentes, materiais, e assim por diante. Em outros casos, estruturas, materiais, ou operações bem conhecidos não são mostrados ou descritos em detalhe para evitar obscurecer aspectos da invenção.

[052] A FIGURA 1 retrata uma vista de corte de diagrama simplificado de um objeto 112 para ser usinado ou trabalhado a laser. Por exemplo, a usinagem a laser pode ser destinada a perfurar a laser um orifício através de uma parede 114 do objeto 112 em uma posição pré-definida 116. Em alguns casos, entretanto, a usinagem a laser pode provocar dano a uma superfície 120 oposta à parede que está sendo usinada quando os pulsos de

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9/78 laser que realizam a usinagem penetram a parede 114 e entram em uma cavidade 122 do objeto e impactam a superfície 120. Para simplicidade, a superfície 120 oposta à parede que está sendo usinada é referenciada abaixo como uma superfície da parede traseira.

[053] A FIGURA 2 retrata uma vista de corte de diagrama simplificado do objeto 112 durante a usinagem a laser quando um pulso de laser 212 penetra a parede 114. Durante a usinagem a laser os pulsos de laser formam um orifício 214 na parede 114. Tipicamente, um ou mais pulsos de laser adicionais são dirigidos ao objeto para realizar um tamanho de orifício e/ou qualidade desejados. Consequentemente, é estabelecida pelo menos uma parte de aqueles pulsos de laser dirigidos ao objeto após um orifício inicial para penetrar através do orifício 214, entrar na cavidade 122 e poder colidir sobre a superfície da parede traseira 120. Consequentemente, o pulso de laser 212 que colide na superfície da parede traseira 120 pode provocar dano 220 à superfície da parede traseira, particularmente quando a superfície da parede traseira 120 está relativamente próxima ao orifício 214. A quantidade de dano que pode resultar pode depender de muitos fatores incluindo, mas não limitados à distância entre um foco 218 do pulso de laser 212 e a superfície da parede traseira 120, a intensidade e/ou potência do pulso de laser, a taxa ou ângulo de dispersão do pulso de laser, a duração de exposição do pulso de laser na superfície da parede traseira 120, polarização, energia do pulso e outros fatores tais incluindo a profundidade do orifício que está sendo perfurado, o material, o tamanho, e o afunilamento.

[054] É observado que o propósito da usinagem a laser é tipicamente destinado a gerar o orifício 214 ou outra lacuna dentro da parede 114 e consequentemente o pulso de laser 212 que passa através do orifício 214 colidir na superfície da parede traseira 120 é provável de provocar dano, particularmente quando a superfície da parede traseira está relativamente

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10/78 próxima ao foco de laser 218. Em alguns casos, o dano 220 pode ser extensivo o suficiente para provocar dano exterior 222 a uma superfície exterior 224 e/ou produzir um orifício indesejado através da parede que define a superfície da parede traseira 120. Consequentemente, algumas realizações fornecem sistemas, aparelhos, métodos e processos para limitar e/ou impedir dano à superfície da parede traseira 120.

[055] A FIGURA 3 retrata um diagrama simplificado de um sistema de proteção 310 de acordo com algumas realizações. O sistema de proteção 310 inclui um substrato de proteção 312 que se estende a partir de um suporte 314. O suporte é configurado para ser posicionado dentro de uma cavidade 318 de um objeto 320 que está sendo usinado a laser e para posicionar o substrato de proteção 312 em uma localização dentro da cavidade 318 no trajeto do pulso de laser 324.

[056] Durante a usinagem a laser, o pulso de laser 324 é dirigido a uma parede 326 do objeto 320. Por exemplo, em alguns casos, uma série de pulsos de laser é dirigida à parede 326 formando um orifício 330 na parede. Quando uma série de pulsos de laser penetra a parede os pulsos de laser podem continuar através da cavidade 318 e colidir no substrato de proteção 312. Consequentemente, o substrato de proteção 312 limita e em alguns casos impede que os pulsos de laser colidam em uma superfície da parede traseira 332 e impede dano à superfície da parede traseira.

[057] Em algumas realizações, o suporte 314 pode compreender e/ou ser formado adicionalmente a partir de um conduto que acopla a uma fonte de fluido (não mostrada na FIGURA 3). Consequentemente, o conduto de fluido 314 pode fornecer um fluido para dentro da cavidade 318, e tipicamente é fornecido para que o fluido contate o substrato de proteção 312. Adicionalmente, em algumas realizações, o conduto é configurado para dirigir o fluido para impactar uma superfície do substrato de proteção 312.

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Consequentemente, o fluido a partir do conduto fica em contato com a superfície sobre a qual os pulsos de laser colidem. O fluido restringe a expansão de plasma formado na superfície para deste modo ajudar a reduzir o aumento na absorção local de laser que acompanharia os gradientes mais longos de substrato de proteção material que de outra forma existiriam e em pelo menos alguns casos ajuda a manter uma refletividade da superfície para refletir pelo menos alguns dos pulsos de laser. Os pulsos de laser refletidos continuam a se espalhar reduzindo a intensidade e a probabilidade de provocar dano adicional às superfícies interiores da cavidade. O fluido adicionalmente ajuda a dissipar calor e limita degradação da superfície de produção de plasma do substrato de proteção 312. Adicionalmente, o fluido pode limitar a agitação de material como resultado da usinagem a laser e dano potencial dos revestimentos em superfícies interiores do objeto como resultado da agitação. Em alguns casos, o fluido pode ser refrigerado e pressurizado no conduto de modo que em consequência da liberação o mesmo tende a congelar.

[058] O objeto 320 pode ser orientado, em algumas implementações, para auxiliar na remoção do fluido introduzido na cavidade 318 e/ou para permitir que o excesso de fluido que impacta o substrato de proteção 312 seja retirado do substrato de proteção, o que pode fornecer um fluxo de fluido sobre o substrato de proteção e aumentar um efeito de refrigeração fornecido pelo fluido. Por exemplo, em algumas implementações, o objeto pode ser posicionado de modo que a gravidade drene o excesso de fluido da cavidade em uma taxa que seja pelo menos igual ou maior do que a taxa na qual o fluido é entregue pelo conduto de fluido 314. Adicional ou alternativamente, uma força de vácuo pode ser aplicada para auxiliar na remoção do fluido. Em muitas realizações, é importante manter contato fluido com o substrato de proteção 312 e não inundar com fluido o orifício 330 que está sendo perfurado. Consequentemente, o fluxo de fluido em direção à parte

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12/78 do substrato de proteção 312 que está sendo atingida pelo laser, e subsequentemente para dentro da cavidade 318, é regulada. Se a taxa de fluxo de fluido for muito baixa então o substrato de proteção 312 pode não permanecer adequadamente revestido, e se a taxa de fluxo for muito alta então pode ser difícil ou impossível impedir o fluido de entrar nas cercanias do orifício 330 que está sendo perfurado. Estes dois fatores concorrentes podem ser menos rigorosos quando a cavidade é maior. Alguns testes de laboratório para alguns tamanhos de cavidade e potências de laser que realiza perfuração para certos tamanhos de orifícios mostraram que a taxa de fluxo é da ordem de aproximadamente 1 m/s ou mais, tal como durante a usinagem a laser com taxas de pulso de aproximadamente 2000 pulsos por segundo.

[059] Em algumas realizações, o sistema de proteção 310 inclui adicionalmente um conduto de gás 340, o qual é configurado para também ser posicionado dentro da cavidade 318. Adicionalmente, o conduto de fluxo de gás pode ser posicionado relativo a uma parte da cavidade onde o orifício 330 está sendo perfurado. Um gás, tal como ar, oxigênio ou outro gás relevante pode ser dirigido para dentro da cavidade para limitar, e em alguns casos, impedir que o líquido fornecido pelo conduto de fluido 314 entre no orifício 330 uma vez formado pela usinagem a laser. Por exemplo, uma abertura de saída do conduto de gás 340 pode ser posicionada para dirigir um fluxo de gás através do orifício 330 e pode forçar o fluido para longe do orifício. Adicional ou alternativamente, em alguns casos um ou mais fluxo de gás ou jatos externos podem ser dirigidos relativos ao orifício 330 que está sendo trabalhado. O jato de ar interno e/ou os jatos de ar externos também desempenham um papel em impedir o fluido de entrar no orifício 330 e/ou cercanias do orifício que está sendo perfurado. Em algumas realizações, o jato de ar externo é disposto para ser geralmente coaxial ao laser de perfuração (por exemplo, focalizando o laser através de um orifício ou conduto de um bico de distribuição de gás). Uma

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13/78 pressão substancial no jato de ar externo (por exemplo, medida em décimos de PSI ou afins, o que pode depender do tamanho do orifício que está sendo perfurado, da taxa de pulso e/ou outro trabalho que está sendo realizado), combinado com uma taxa de fornecimento muito modesta para o jato de ar interno, ajuda muito a retirar a água das cercanias do orifício que está sendo perfurado. Pode ser adicionalmente importante regular o fluxo de ar para o jato de ar interno para que o fluido seja retirado do orifício 330 que está sendo perfurado, mas não tanto que o mesmo sopre o fluido para fora de contato com o substrato de proteção 312.

[060] A FIGURA 4 retrata um diagrama simplificado do substrato de proteção 312 que coopera com o conduto de fluido 314. Em algumas realizações, o substrato de proteção 312 é posicionado em um ângulo 412 relativo ao conduto de fluido 314. Quando o fluido sai do conduto de fluido o mesmo pode ter força suficiente para impactar diretamente uma primeira superfície 414 do substrato de proteção 312. De maneira similar, o substrato de proteção 312 pode ser configurado para que quando o sistema de proteção 310 for posicionado dentro da cavidade 318, o substrato de proteção 312 ficar em um ângulo oblíquo 416 relativo ao trajeto, direção de deslocamento ou eixo geométrico 420 do pulso de laser 324. Como tal, o pulso de laser pode ser disperso sobre uma área maior do substrato de proteção 312. Embora este possa ser o caso em algumas realizações, isto não é sempre necessário. Por exemplo, em alguns casos o substrato de proteção 312 pode ser posicionado perpendicular ao pulso de laser 324. A configuração, orientação, ângulo e afins do substrato de proteção 312 relativos ao eixo geométrico do laser 420, em algumas implementações, podem ser selecionados para cooperar e/ou proteger melhor o dispositivo que está sendo protegido. Por exemplo, o lado interno da maior parte de injetores de combustível é em forma de cone, e consequentemente, o substrato de proteção pode ser posicionado em um

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14/78 ângulo para que o feixe de laser se ajuste mais facilmente dentro da cavidade. Em outras realizações, o substrato de proteção pode ter uma configuração alternativa, tal como um cone ou forma cônica, parabólica, ou outra tal forma que tenha um ângulo desejado relativo ao eixo geométrico 420 do pulso de laser 324. Em outros casos, o substrato de proteção pode ter formas alternativas tais como circular, esférica, tubular ou outras formas relevantes. Adicional ou alternativamente, em algumas realizações o substrato de proteção pode ser movido ou girado para distribuir a exposição dos pulsos de laser sobre uma área maior e/ou aumentar a refrigeração do substrato de proteção. Por exemplo, em alguns casos, o substrato de proteção pode ser radialmente simétrico (por exemplo, um tubo moldado com orifícios formados na superfície). Adicionalmente, o substrato de proteção pode, em algumas realizações, ser girado para mudar a área da superfície do substrato de proteção sobre a qual o laser colide.

[061] O substrato de proteção 312 pode ser configurado a partir de um ou mais de vários materiais. Em algumas realizações, o substrato de proteção 312 é uma extensão do conduto de fluido 314. Por exemplo, o conduto de fluido 314 pode ser cortado próximo à extremidade para formar o substrato de proteção 312. Adicionalmente, o substrato de proteção cortado 312 pode ser moldado e/ou dobrado para um ângulo desejado 412. Em ainda outras realizações, o substrato de proteção 312 é cortado ou formado com um ângulo desejado e fixado ou preso de outra forma ao conduto de fluido 314. As dimensões do substrato de proteção 312 podem ser configuradas adicionalmente dependendo do tamanho da cavidade 318, da altura, largura e/ou diâmetro esperados 424 do pulso de laser 324. De maneira similar, o tamanho ou diâmetro 430 do conduto de proteção pode depender do tamanho da cavidade, e quantidade esperada de fluido a ser entregue, do tamanho do pulso de laser, do tamanho do substrato de proteção 312 e/ou de outros

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15/78 fatores. Adicionalmente, em algumas realizações, o substrato de proteção 312 pode ser configurado com estruturas, irregularidades, incongruências e/ou variações de superfície, tais como, mas não limitadas a depressões, aberturas, protrusões, obstáculos, espigões, pirâmides, sulcos, ranhuras, entalhes, projeções, rugosidades e/ou outras estruturas, irregularidades ou combinações de superfícies destas estruturas e/ou irregularidades de superfície.

[062] Em alguns testes, o substrato de proteção 312 foi fabricado a partir de uma folha fina de material, cortado para a forma, e então colado com fita adesiva ou colado à extremidade do conduto 314. Em alguns casos pode ser desejável formar um substrato de proteção que forneça 360 graus de cobertura exceto onde o orifício que está sendo perfurado entra na cavidade. Caso em que, tanto o ar como a água podem entrar em fendas posicionadas apropriadamente conectadas aos condutos através de um colar rotativo.

[063] A FIGURA 5 retrata uma vista em perspectiva simplificada de um substrato de proteção 312 de acordo com algumas realizações. O substrato de proteção 312 pode ser configurado com uma pluralidade de aberturas 512, rebaixos, ou outras destas estruturas de superfície. Em algumas realizações, o substrato de proteção 312 compreende uma grelha ou matriz de aberturas 512 com as aberturas se estendendo através do substrato de proteção. O substrato de proteção 312 pode ser construído a partir de vários materiais ou combinações de materiais. Por exemplo, em algumas realizações, o substrato de proteção pode ser construído do mesmo material e/ou cortado a partir do conduto de fluido 314. Adicional ou alternativamente, o substrato de proteção 312 pode ser feito de Inconel®, cobre, níquel, aço, carbono, cerâmica, prata, metais refratários, carboneto de tungstênio, ou outros destes materiais ou combinações destes materiais. Adicionalmente, em alguns casos o material usado é selecionado para ser pelo menos parcialmente refletivo, polido para ser refletivo e/ou a superfície sobre a qual o pulso de laser colide pode ser

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16/78 revestida com um material refletivo.

[064] Como descrito acima, as dimensões do substrato de proteção 312 podem depender da usinagem a laser que se espera seja realizada, da quantidade e/ou do tipo de fluido fornecido para dentro da cavidade 118 do objeto 320 que está sendo usinado, do diâmetro ou dimensões esperados 424 e/ou da área de seção transversal dos pulsos de laser, do tipo, da intensidade e/ou potência dos pulsos de laser aplicados na usinagem, da duração prevista de exposição aos pulsos de laser, e outros fatores semelhantes. Por exemplo, alguns resultados de testes bem-sucedidos até hoje têm sido obtidos pelo que segue, pelo menos em parte, quatro princípios de projeto. Primeiro, o substrato de proteção fica localizado de modo que o mesmo fique tão distante do foco de laser quanto possível. Por exemplo, quando trabalhando com laser um injetor de combustível o substrato de proteção 312 pode se beneficiar de ser posicionado de encontro à parede da cavidade oposta ao orifício que está sendo perfurado (por exemplo, em alguns testes 1 a 3 mm distante do orifício que está sendo perfurado). Este princípio de projeto pode determinar que o substrato de proteção seja moldado apropriadamente a fim de ser localizado desta forma. Em um caso onde existe distância disponível suficiente, então após certa distância a partir da parede traseira colocar o substrato de proteção adicionalmente distante acrescente pouco valor.

[065] Segundo, têm sido obtidos melhores resultados para pelo menos algumas implementações usando um material (por exemplo, Inconel) que é inerentemente muito forte e precisa alcançar uma temperatura alta antes de amolecer. Embora o mecanismo exato responsável por este benefício não seja claro, é possível que materiais fortes sejam mais resistentes à erosão que surge a partir da cavitação inerente à interação entre o substrato de proteção e o fluido sob a ação dos pulsos de laser.

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17/78 [066] Terceiro, quando é formada a grelha 512 de orifícios afunilados no substrato de proteção, alguns materiais são mais fáceis para formar o padrão de orifício desejado do que outros. O padrão de orifício desejado para pelo menos algumas implementações é um em que os orifícios afunilam gradualmente, não rapidamente, e são tipicamente comprimidos tão próximos quanto possível. Para casos onde o substrato de proteção não tem uma grelha 512 de orifícios estabelecidos na mesma esta consideração é nula.

[067] Quarto, o substrato de proteção é selecionado para ser grosso o suficiente para que exista uma margem para ablação do próprio substrato de proteção. Em alguns testes, a primeira centena de pm de topo do substrato de proteção é ablacionada durante a perfuração dos primeiros diversos orifícios em um injetor, e subsequentemente exibe uma taxa de ablação muito mais lenta. O mecanismo exato subjacente a este comportamento não é conhecido, mas pode ser relacionado a ajuste fino dos ângulos de incidência que o laser experimenta quando o mesmo chega e encontra o substrato de proteção. Em alguns experimentos, foi selecionada uma espessura de 300 pm.

[068] Outros princípios de projeto podem adicional ou alternativamente ser levados em consideração. Por exemplo, algumas realizações são configuradas para dirigir o fluido no substrato de proteção de modo que o fluido entre nas aberturas do substrato.

[069] Adicionalmente, o fluido pode ser dirigido ao substrato em um ângulo tal e com força suficiente para assegurar que o fluido entre na maior parte das aberturas para um ou mais níveis de preenchimento pré-definidos.

[070] A FIGURA 6 retrata uma vista de corte parcial simplificada de um substrato de proteção 312 de acordo com algumas realizações. O substrato de proteção 312 pode incluir a pluralidade de aberturas 512 que se estendem através da espessura do substrato de proteção a partir de uma

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18/78 primeira superfície 612 para a segunda superfície 614. Em algumas realizações, a parede das aberturas 512 afunila entre a primeira superfície 612 e a segunda superfície 614 e/ou são geralmente de forma cônica.

[071] A inclusão das aberturas 512 e a configuração afunilada ambas fornecem uma área de superfície aumentada sobre o qual o pulso de laser é incidente. Como tal, o pulso de laser é distribuído sobre a área de superfície aumentada que difunde a energia do laser ao mesmo tempo em que fornece dissipação de calor aumentada. Esta difusão da energia do laser é adicional àquela fornecida, em algumas realizações, posicionando o substrato de proteção 312 em um ângulo 416 relativo ao pulso de laser. Adicionalmente, quando o fluido fornecido através do conduto de fluido 314 contata o substrato de proteção 312 o fluido pode preencher parcial e/ou totalmente algumas ou todas as aberturas 512 fornecendo quantidades aumentadas de fluido nas áreas onde o pulso de laser colide, o que pode fornecer dissipação de calor adicional e pode adicionalmente auxiliar a controlar a degradação da superfície de produção de plasma do substrato de proteção 312. O fluido tipicamente restringe a expansão do plasma formado na superfície para deste modo ajudar a reduzir o aumento na absorção local de laser que acompanharia os gradientes mais longos de substrato de proteção material que de outra forma poderiam existir. Este aumento na absorção de laser resulta tipicamente em ablação aumentada do substrato de proteção. Adicionalmente, a extensão das aberturas 512 através do substrato de proteção 312 fornece uma saída adicional para líquido e/ou gases quando o pulso de laser colide sobre os fluidos em contato com o substrato de proteção 312.

[072] As aberturas 512 podem ser posicionadas em várias disposições. Em alguns casos, as aberturas são posicionadas em uma configuração hexagonal e comprimidas muito proximamente. Em algumas implementações, as aberturas podem ser posicionadas em outras

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19/78 configurações e/ou os tamanhos ou diâmetros das aberturas 512 podem ser variados. Adicionalmente, em alguns casos, as aberturas 512 são perfuradas a laser no substrato de proteção 312 para obter a densidade, posicionamento e/ou forma ou configuração de abertura desejados. Em algumas realizações, a forma das aberturas pode variar, tal como entre aberturas, entre regiões do substrato de proteção 312 ou outras configurações semelhantes. Em alguns exemplos, o substrato de proteção é configurado com aberturas 512 que têm aproximadamente um diâmetro 620 de 20 a 50 micra na primeira superfície 612 sobre a qual o laser é destinado a colidir. As aberturas afunilam para aproximadamente 5 a 10 micra de diâmetro 622 na segunda superfície 614 ao longo de uma profundidade 624 de aproximadamente 200 a 400 micra. Estas aberturas são afastadas dentro de poucos pm umas das outras na superfície sobre a qual o laser é destinado a colidir. Alguns testes realizados utilizaram um substrato de proteção com entradas de abertura de aproximadamente 18 a 27 pm e uma saída de aproximadamente 5 a 10 pm antes do uso na perfuração. São possíveis orifícios com tamanhos maiores ou menores. Durante o uso e quando os 100 pm de topo ou algo semelhante do substrato de proteção são ablacionados pelo laser as aberturas diminuem para algo como 10 a 15 pm e o afastamento aumenta para aproximadamente 10 pm ou próximo a isto, este espaçamento é difícil de definir devido às superfícies poderem se tornar mais anguladas com respeito à superfície original do substrato.

[073] A FIGURA 7 retrata uma vista em perspectiva simplificada de um sistema de proteção 710 de acordo com algumas realizações. O sistema de proteção 710 inclui o substrato de proteção 312 que coopera com o conduto de fluido 314, o conduto de gás 340, um suporte de posicionamento 712, um braço de posicionamento 714, uma linha de fornecimento de fluido 716 e uma linha de fornecimento de gás 718. O conduto de fluido 314 e o conduto de gás

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340 são cooperados com o suporte de posicionamento 712 para manter uma posição do substrato de proteção 312, do conduto de fluido 314 e do conduto de gás 340.

[074] Adicionalmente, a linha de fornecimento de fluido 716 e a linha de fornecimento de gás 718 são cooperadas com o suporte de posicionamento 712 para fornecer fluido e gás para o conduto de fluido 314 e para o conduto de gás 340, respectivamente. O posicionamento do braço 714 é fixado com o suporte de posicionamento 712, por exemplo, atarraxado, aparafusado, soldado, com pinos, ou afins, ou combinações dos mesmos. O posicionamento do braço 714, em algumas realizações, é cooperado adicionalmente com uma ou mais engrenagens, motores ou afins para posicionar o suporte de posicionamento 712 relativo ao objeto 320 que está sendo usinado a laser e posicionar o substrato de proteção 312 dentro de uma cavidade 318 do objeto 320 e/ou no trajeto dos pulsos de laser. Em outras realizações, o objeto 320 é alternativa ou adicionalmente movido relativo ao sistema de proteção 310. Em algumas realizações, o suporte de posicionamento 712 é adicionalmente configurado para cooperar com o objeto 320 que está sendo usinado a laser. Por exemplo, o suporte de posicionamento 712 pode incluir uma ou mais aberturas 722, abas, fendas de alinhamento ou afins que são configuradas para cooperar e/ou auxiliar no posicionamento de um objeto 320 para ser usinado a laser relativo ao sistema de proteção 310 e ao substrato de proteção 312. Por exemplo, quando o objeto 320 é um injetor de combustível, o suporte de posicionamento 712 pode ser configurado para correspondido com o injetor de combustível de modo que o injetor de combustível ou uma parte do injetor de combustível se estenda para baixo para dentro da abertura de alinhamento 722 e/ou se estenda em volta e corresponda com o exterior do suporte de posicionamento 712.

[075] O conduto de fluido 314 e o conduto de gás 340 são

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21/78 dimensionados e cooperados com o suporte de posicionamento 712 para permitir que o substrato de proteção 312, o conduto de fluido 314 e o conduto de gás 340 sejam posicionados pelo menos parcialmente dentro de uma cavidade 318 de um objeto 320 que está sendo usinado a laser e em uma localização desejada para permitir que o substrato de proteção 312 fique no trajeto do laser bem como o conduto de gás 340 para dirigir o fluxo de gás ao longo de uma superfície interna da cavidade 318 próxima ao orifício usinado a laser 330. Consequentemente, em alguns casos, as dimensões dos substratos de proteção 312, conduto de fluido 314 e/ou conduto de gás 340 são definidos pelo menos parcialmente pelo objeto 320 a ser usinado a laser.

[076] A FIGURA 8 retrata um diagrama de blocos simplificado de um sistema de usinagem a laser 810 de acordo com algumas realizações. O sistema de usinagem a laser 810 inclui um sistema de laser 812, um sistema de proteção 814 que coopera com o objeto 816 para ser usinado a laser, um controle de movimento e/ou sistema de posicionamento 818 (referenciado abaixo como o sistema de posicionamento), e um controlador 820.

[077] O controlador 820 pode ser configurado como um dispositivo único ou dispositivos separados, tal como um ou mais controladores, os quais podem incluir um ou mais controladores no sistema de laser 812, sistema de proteção 814, sistema de posicionamento 818 e/ou um controlador geral. Em algumas realizações, o controlador 820 compreende um ou mais processadores e/ou microprocessadores acoplados com memória que armazena código, instruções e/ou software para controlar o sistema de usinagem a laser 810. Em algumas implementações, o controlador 820 pode ser pelo menos parcialmente implementado através de um computador acoplado a um ou mais dentre o sistema de laser 812, o sistema de proteção 814 e o sistema de posicionamento 818.

[078] O sistema de laser 812 gera os pulsos de laser e direciona

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22/78 os pulsos de laser para impactar com precisão o objeto 816 para ser usinado a laser na localização desejada no objeto 816. Tipicamente, o sistema de laser 812 inclui lentes, fatiadores, coletores e afins para focalizar e dirigir o pulso de laser para colidir sobre o objeto 816. Em algumas realizações, o sistema de laser 812 inclui elementos e/ou características adicionais, tais como trajetos de atraso e afins para produzir um ou mais pulsos de laser para colidir sobre o objeto 816 para realizar a usinagem a laser desejada.

[079] O sistema de proteção 814 coopera com o controlador 820 e com o objeto 816 para fornecer proteção da parede traseira para a parte do objeto oposta ao orifício ou outra usinagem que está sendo gerada. Em algumas realizações, o sistema de proteção 814 fornece um fluido para dentro de uma cavidade do objeto 816 de modo que o fluido forneça proteção para a parede traseira do objeto 816 oposta à parte do objeto que está sendo usinado a laser. O sistema de proteção 814, em algumas realizações, inclui adicionalmente um dispositivo de proteção da parede traseira (não mostrado na FIGURA 8) que é inserido na cavidade entre a parte do objeto 816 que está sendo usinado a laser e a parede traseira oposta àquela parte do objeto que está sendo usinado a laser. Por exemplo, o dispositivo de proteção da parede traseira pode compreender o sistema de proteção 710 da FIGURA 7. Em outras realizações, o dispositivo de proteção da parede traseira pode compreender uma estrutura de grelha (por exemplo, coluna, tubo, estrutura cúbica, etc.), uma estrutura porosa ou outra estrutura relevante que possa ser posicionada entre o orifício que está sendo usinado no objeto 816 e a parede traseira. O sistema de proteção 814 pode incluir componentes adicionais ou alternativos, tais como, mas não limitados a uma fonte de gás e dispositivo de distribuição, uma fonte de fluido acoplada ao conduto de fluido 314, um ou mais medidores de fluxo para o(s) fluido(s) e/ou gás(es), reguladores de pressão, e/ou outros componentes semelhantes.

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23/78 [080] O sistema de posicionamento 818 pode cooperar com o sistema de laser 812, o sistema de proteção 814 e/ou o objeto 816 para posicionar os componentes do sistema de usinagem a laser 810 para usinar a laser com precisão o objeto 816 ao mesmo tempo em que fornece proteção da parede traseira. O sistema de posicionamento pode incluir um ou mais motores, engrenagens, bombas, pistões, hidráulicos, cabos, manipuladores terminais, tenazes, e/ou outros dispositivos semelhantes para posicionar componentes relativos a cada outro. Por exemplo, em algumas implementações, o sistema de posicionamento 818 é cooperado com o objeto 816 para controlar o posicionamento de e/ou manter o posicionamento do objeto durante a usinagem a laser e/ou para reposicionar o objeto para realizar usinagem a laser adicional (por exemplo, reposicionar o objeto para perfurar a laser múltiplos orifícios no objeto 816). Em outras realizações, o sistema de posicionamento 818 pode adicional ou alternativamente ser cooperado com o sistema de proteção 814 para posicionar pelo menos uma parte do sistema de proteção para aplicar fluido com precisão dentro da cavidade, para posicionar um substrato de proteção 312 dentro da cavidade e/ou para posicionar uma ou mais fontes de gás relativas à superfície que está sendo usinada a laser. De maneira similar, em algumas realizações, o sistema de posicionamento pode fornecer em parte alguns controles sobre o posicionamento do sistema de laser 812 ou partes do sistema de laser para focalizar e dirigir com precisão o pulso de laser em direção ao objeto 816.

[081] A FIGURA 9 retrata uma representação de diagrama de blocos simplificado de um sistema de usinagem a laser 910 de acordo com algumas realizações. O sistema de usinagem a laser 910 inclui um sistema de laser 912, um ou mais fatiadores de pulso 914 e/ou coletores de pulso, um sistema de entrega de feixe 916, um sistema de lentes 918, um sistema de proteção 920, um controlador 922, um sistema de posicionamento 924, sistema

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24/78 de fornecimento de gás 926 que compreende um fornecedor de gás 928, um regulador de pressão 930 e em alguns casos um ou mais medidores de fluxo 832, e um sistema de fornecimento de fluido 936 que compreende um fornecedor de fluido 938 e um ou mais medidores de fluxo 940. O sistema de usinagem a laser 910 pode em alguns casos incluir adicionalmente um ou mais sensores 944 e um processador de sincronismo e de sinal 946.

[082] O sistema de laser 912 inclui um ou mais geradores de laser que geram pulsos de laser relevantes para realizar a usinagem a laser. O fatiador de pulso 914 é cooperado com o sistema de laser 912 e direciona quantidades desejadas de pulsos de acordo com sincronismo de pulso e/ou taxa de pulso desejados no objeto 950, o que é tipicamente um período de tempo pré-definido. O sistema de entrega de feixe 916 direciona o um ou mais pulsos em direção ao objeto 950, e pode incluir lentes tais como, mas não limitadas a obturador, telescópio, cabeçote de mandrilamento, espelhos e afins. O sistema de lentes 918 tipicamente inclui uma ou mais lentes de focalização para focalizar com precisão os pulsos de laser em direção ao objeto 950. Pelo menos em algumas realizações podem ser incluídos outros dois detalhes relacionados aos equipamentos considerados aqui. Primeiro, pode ser usado um obturador de controle do processo, em algumas realizações, para regular o tempo de total de perfuração. Segundo, pode ser usado um fatiador de pulso para reduzir as taxas de disparo dos lasers a partir de aproximadamente 10,000 disparos por segundo a aproximadamente 1000 a 2000 disparos por segundo quando desejado. Um sistema de lasers diferente pode ser capaz de realizar as taxas de disparo desejadas sem quaisquer dispositivos de seleção de pulso externos.

[083] O sistema de proteção 920 é posicionado relativo ao objeto 950 e/ou o objeto é posicionado relativo ao sistema de proteção (por exemplo, através do sistema de posicionamento 924) para que o sistema de proteção

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920 possa pelo menos entregar o fluido apropriado para dentro da cavidade do objeto 950 como entregue a partir do sistema de fornecimento de fluido 936, e quando relevante pode entregar o gás como fornecido pelo sistema de fornecimento de gás 926. Em alguns casos, o sistema de proteção 920 e/ou o sistema de fornecimento de gás 926 fornecem um fluxo de gás (por exemplo, ar, oxigênio, etc.) dentro da cavidade próximo ao local de usinagem a laser. Adicional ou alternativamente, algumas realizações fornecem um fluxo de gás ao longo de um exterior do objeto 950 no local da usinagem a laser. Adicionalmente, em alguns casos o sistema de proteção 920 inclui o substrato de proteção 312 que fica posicionado dentro da cavidade e em alinhamento com os pulsos de laser durante a usinagem a laser. Em muitas realizações, o fluxo de gás ao longo do exterior é geralmente coaxial ao laser; consequentemente o mesmo é mais perpendicular à superfície do objeto que está sendo trabalhado do que paralelo.

[084] O controlador 922 pode ser implementado através de um ou mais computadores e/ou processadores acoplados a ou como parte dos vários componentes do sistema de usinagem a laser 910. Por exemplo, o controlador 922 controla o fornecedor de gás 928 e/ou regulador de pressão 930 baseado em informação de realimentação fornecida pelo medidor de fluxo 932; controla o fornecedor de fluido 938 baseado em informação de realimentação recebida do fluxo de medidor de fluido 940. De maneira similar, em algumas realizações, o controlador 922 pode fornecer pelo menos alguns controles sobre o sistema de posicionamento 924 que pode controlar um posicionamento relativo do objeto 950, do sistema de proteção 920, do sistema de laser 912, do fatiador de pulso 914 e/ou de outros componentes ou subcomponentes do sistema de usinagem a laser 910. Por exemplo, em alguns casos, o sistema de posicionamento 924 pode posicionar um objeto 950 para que um primeiro orifício possa ser perfurado a laser através do objeto 950 ao

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26/78 mesmo tempo em que a parede traseira é protegida, e seguindo a perfuração a laser do primeiro orifício o objeto 950 pode ser reposicionado, tal como girado para alinhar outra parte do objeto 950 ao sistema de laser para que um segundo orifício possa ser perfurado a laser. Dependendo da usinagem a laser pretendida do objeto 950, o sistema de laser 912, objeto 950 e/ou o sistema de proteção 920 podem ser posicionados qualquer quantidade de vezes enquanto múltiplos orifícios são perfurados a laser ou outras usinagens a laser são realizadas no objeto 950.

[085] Adicionalmente, em algumas implementações, o controlador 922 pode fornecer pelo menos em parte controle sobre o sistema de fornecimento de gás 926 e/ou o sistema de fornecimento de fluido 936. Por exemplo, o controlador 922 pode receber dados do medidor de fluxo a partir do um ou mais medidores de fluxo 932, 940 e usar esta informação para controlar a pressão e/ou fluxo de gás e/ou fluido que é entregue para o sistema de proteção 920. Como introduzido acima, em alguns casos, o sistema de fornecimento de gás 926 pode dirigir um fluxo de gás através de uma superfície interna na cavidade do objeto 950 enquanto a usinagem a laser está sendo realizada, o que pode auxiliar a limitar a entrada de líquido no orifício ou outra área usinada gerada no objeto 950 durante a usinagem a laser. De maneira similar, um fluxo de gás pode ser dirigido através de um exterior do objeto 950 próximo à área que está sendo usinada a laser, o que pode remover restos e salpicos da área que está sendo usinada e também ajudar a reduzir ou eliminar a quantidade de água ou outros fluidos de entrar no orifício que está sendo perfurado. Este jato de gás externo tem em pelo menos alguns testes sido entregue coaxialmente ao feixe de laser. Ainda adicionalmente, em alguns casos, o sistema de lentes 918 pode incluir um jato de gás auxiliar e consequentemente pode ser utilizado um regulador de pressão 930 para controlar a quantidade de gás fornecido.

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27/78 [086] O um ou mais sensores 944 podem ser fornecidos em alguns casos para detectar e/ou monitorar vários parâmetros. Por exemplo, em algumas implementações, um detector de queimadura pode ser incorporado ao sistema de proteção 920 e/ou posicionado relativo à cavidade separado do sistema de proteção 920. O detector de queimadura pode detectar quando um pulso de laser penetra a parede do objeto 950 e entre na cavidade. Esta detecção pode ser usada para controlar a usinagem a laser, tal como ajustando as durações dos pulsos de laser, ajustando as durações entre pulsos de laser, ajustando as durações entre rajadas de laser, ajustando uma intensidade de pulsos de laser, ajustando o comprimento de onda do laser, dando forma ao feixe, trepanação, auxílio de gases e/ou outros ajustes semelhantes ou combinações destes ajustes.

[087] Por exemplo, em alguns casos é utilizado um detector de queimadura em cooperação com controlar os pulsos de laser. Uma vez que os pulsos de laser gerem um orifício através da parede do objeto tipicamente é preferido continuar a perfuração ou usinagem a laser para alcançar a qualidade desejada do orifício perfurado a laser. Consequentemente, pelo menos alguns de cada pulso de laser dirigidos ao objeto 950 após um orifício ser gerado passam através do orifício e colidem sobre o substrato de proteção 312 do sistema de proteção 920. Adicionalmente, algumas realizações reduzem a taxa de pulso, o que aumenta a duração entre pulsos ou rajadas de pulsos. A duração aumentada entre pulsos ou rajadas pode reduzir efeitos adversos no substrato de proteção e/ou na parede traseira.

[088] Até que o orifício seja gerado no objeto 950, entretanto, pode ser desejável aumentar a taxa de pulso e consequentemente aumentar a taxa de usinagem. Portanto pode ser usado um detector de queimadura para detectar a geração inicial de um orifício no objeto 950. O sensor pode notificar um processador de sinal 946 ou notificar diretamente o fatia dor de pulso 914

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28/78 e/ou controlador 922 para controlar a taxa de pulso, tal como reduzindo a taxa de pulsos que são dirigidos ao objeto 950. A taxa reduzida pode depender de muitos fatores, tais como, mas não limitados a, o objeto 950 que está sendo usinado, o material do objeto que está sendo usinado, o substrato de proteção 312 quando usado, a taxa de fluxo do líquido, taxa de cavitação esperada, intensidade do laser, dimensões da cavidade, e/ou outros fatores semelhantes ou combinações destes fatores. O detector ou sensor de queimadura 944 pode ser implementado, em algumas realizações, através de um ou mais fotodiodos, os quais podem ser posicionados dentro da cavidade ou externos à cavidade. Adicionalmente, algumas realizações incluem adicionalmente uma fibra ótica que é cooperada oticamente com um ou mais fotodiodos, onde a extremidade da fibra ótica distante do fotodiodo pode ser posicionada dentro da cavidade do objeto 950, tal como sendo cooperada com o conduto de fluido 314 ou conduto de gás 340.

[089] Adicional ou alternativamente, um temporizador 946 pode ser utilizado para antecipar a queimadura de laser. Tipicamente, o tempo necessário para realizar a queimadura desejada é conhecido aproximadamente. Como tal, o temporizador 946 pode ser usado para antecipar queimadura para que a taxa de pulso possa ser ajustada para fornecer proteção adicional para a parede traseira ao mesmo tempo em que ainda permitindo perfuração a laser rápida.

[090] A FIGURA 10A retrata um diagrama de blocos simplificado que mostra um exemplo de implementação do sistema de laser 912 e do fatiador de pulso 914 da FIGURA 9 de acordo com algumas realizações. O sistema de laser 912 pode incluir um gerador de sincronismo 1012 que coopera com um laser 1014. O fatiador de pulso 914 pode incluir um segundo gerador de sincronismo 1018 e um fatiador de pulso 1020. Algumas realizações incluem lentes 1024 para dirigir os pulsos de laser ao longo de um trajeto pretendido, o

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29/78 qual pode ser dirigido para o sistema de entrega de feixe 916.

[091] A FIGURA 10B retrata um diagrama de sincronismo simplificado representativo de sincronismo de pulso de laser usado na realização de usinagem a laser de acordo com algumas realizações. Os pulsos de laser 1030 a 1032 são gerados e dirigidos ao objeto 950. Os pulsos 1030 a 1032 são separados por uma duração 1036. Por exemplo, a duração 1036 pode ser de aproximadamente 0,5 ms. Adicionalmente, em algumas implementações, cada pulso de laser tem uma duração de pulso dentro de um intervalo de entre aproximadamente 10 ps e 100 ns. Entretanto, a proteção da parede traseira fornecida pelas presentes realizações não é limitada a estes pulsos e/ou sincronismo de laser. Alternativamente, a proteção da parede traseira pode ser utilizada com substancialmente quaisquer pulsos de laser, durações de pulso de laser e/ou durações entre pulsos ou rajadas de pulsos. Por exemplo, algumas realizações fornecem proteção da parede traseira para pulso duplo com pulsos de 5 ps, ou usinagem de pulso único com pulsos de laser de 100 fs. Em alguns casos, a duração 1036 pode variar sobre o tempo baseada em programação pré-definida da usinagem, tal como em consequência de detectar que os pulsos de laser romperam a parede do objeto 950 que está sendo usinado, uma quantidade de tempo prevista ou outros fatores semelhantes.

[092] Com referência às FIGURAS 10A e B, o gerador de sincronismo 1012 pode em parte dispor os pulsos, com o segundo gerador de sincronismo 1018 fornecendo sincronismo para coordenar o fatiador de pulso 1020 para dirigir com precisão os pulsos 1030 a 1032 de acordo com taxas de pulso definidas para realizar o sincronismo relativo entre os pulsos. As lentes 1024 podem incluir lentes relevantes para apontar os pulsos de laser, e podem incluir, mas não são limitadas a, uma ou mais placas de onda, polarizadores e afins.

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30/78 [093] A FIGURA 10C retrata um diagrama de blocos simplificado que mostra um exemplo de implementação do sistema de laser 912 e fatiador de pulso 914 da FIGURA 9 de acordo com algumas realizações. O sistema de laser 912 pode incluir um primeiro gerador de sincronismo 1012 que coopera com dois lasers 1014 e 1015. O fatiador de pulso 914 pode incluir um segundo gerador de sincronismo 1018 e primeiro e segundo fatiadores de pulso 1020 e 1021. Algumas realizações incluem lentes 1024 para combinar ou de outra forma dirigir os pulsos de laser ao longo de um único trajeto, o qual pode ser dirigido para o sistema de entrega de feixe 916, o qual pode incluir lentes e afins.

[094] Como descrito acima e adicionalmente abaixo, em algumas realizações, os pulsos de laser podem ser gerados em rajadas. A FIGURA 10D retrata um diagrama de sincronismo simplificado representativo de sincronismo de pulso de laser usado na realização de usinagem a laser de acordo com algumas realizações. As rajadas de laser 1040 a 1042 são geradas e dirigidas ao objeto 950. As rajadas 1040 a 1042 incluem múltiplos pulsos de laser, o que em alguns casos pode aumentar a perfuração a laser e/ou usinagem a laser. Por exemplo, as rajadas de laser podem ser formadas e/ou usadas de forma similar àquela descrita na Patente Norte Americana de No. 6.664.498, a qual é incorporada integralmente neste documento por referência. Podem ser usados outros métodos para gerar os múltiplos pulsos das rajadas 1040 a 1042, tais como, mas não limitados a coletar pulsos em um trem de alta taxa de repetição e amplificá-los, fazer com que um amplificador regenerativo de pico segundos trabalhe em um estado correto de desalinhamento desejado, e/ou outros métodos afins.

[095] Os pulsos de uma rajada 1040 a 1042 são separados por uma primeira duração 1044, e rajadas sequenciais 1040 a 1042 são separadas por uma segunda duração 1046. Em um exemplo, a primeira duração 1044 é

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31/78 de aproximadamente 50 a 200 ns, com a segunda duração 1046 sendo de aproximadamente 0,5 ms. Adicionalmente, em algumas implementações, cada pulso de laser tem uma duração de pulso dentro de um intervalo de entre aproximadamente 10 ps e 100 ns. Um tempo entre cada pulso de laser de cada rajada pode ficar dentro de um intervalo de entre aproximadamente 5 ns e 5ps. Adicionalmente, um tempo entre rajadas sucessivas é maior do que o tempo entre cada pulso de laser que compreende cada rajada, em que uma intensidade do primeiro pulso de laser e/ou do segundo pulso de laser de cada rajada excede um limite de dano do objeto que está sendo usinado. O tempo entre rajadas 202 é determinado pela taxa de repetição de pulso do laser a qual pode variar a partir de uns poucos Hertz a aproximadamente 100 quilohertz; entretanto, o tempo entre rajadas 202 é substancialmente maior do que o tempo entre os pulsos 204, 206 dentro de cada rajada 202 (por exemplo, maior do que 10 vezes, ou maior do que 100 vezes, ou maior do que 1000 vezes o tempo duração entre os pulsos 204, 206). Novamente, entretanto, a proteção da parede traseira fornecida pelas presentes realizações pode ser usada com substancialmente quaisquer pulsos de laser, durações de pulso, durações entre pulsos e/ou durações entre rajadas de pulsos enquanto considerando a formação, desestruturação e/ou dispersão da bolha.

[096] Em A FIGURA 10C cada uma das rajadas 1040 a 1042 é separada pela única segunda duração 1046. Como descrito acima, entretanto, a primeira duração 1044 e/ou a segunda duração 1046 podem variar sobre o tempo, tal como baseadas em programação pré-definida da usinagem, tal como em consequência da detecção de que os pulsos de laser romperam a parede do objeto 950 que está sendo usinada, uma quantidade de tempo prevista ou outros fatores afins. Em outras realizações, a usinagem a laser é realizada com pulsos únicos em vez de ou em cooperação com as rajadas multipulso.

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32/78 [097] Com referência às FIGURAS 10C e D, o primeiro gerador de sincronismo 1012 pode em parte dispor os pulsos de uma rajada 1040, tal comas rajadas de pulso duplo com cada pulso gerado a partir de um dos primeiro e segundo lasers 1014 e 1015. O segundo gerador de sincronismo 1018 fornece sincronismo para coordenar o primeiro e segundo fatiadores de pulso 1020 e 1021 para dirigir com precisão as rajadas 1040 a 1042 dos dois pulsos de laser de acordo com taxas de pulso definidas para realizar o sincronismo relativo entre as rajadas. As lentes 1024 podem incluir lentes relevantes para combinar os pulsos de laser, tais como, mas não limitadas a uma ou mais placas de onda, polarizadores e afins. Em outras realizações, é usado um único laser 1014 e o feixe de laser é dividido para gerar o segundo pulso com um atraso incorporado no trajeto para obter a duração desejada 1034 entre os pulsos das rajadas.

[098] A FIGURA 11 retrata um fluxograma simplificado de um processo 1110 de usinagem a laser ao mesmo tempo em que fornecendo proteção da parede traseira, de acordo com algumas realizações. Na etapa 1112, um fluido é dirigido para dentro de uma cavidade de um objeto 950 que está sendo usinado a laser. Tipicamente, o fluido dirigido para dentro da cavidade não tem propriedades de absorção ou dispersão de laser nos comprimentos de onda dos pulsos de laser. De maneira similar, tipicamente o fluido é substancialmente livre de propriedades de barreira de laser. Na etapa 1114, uma pluralidade de pulsos de laser é dirigida a uma parede do objeto 950 que está sendo usinado a laser. Os pulsos de laser são configurados para formar um orifício através da parede do objeto 950 de modo que o pulso de laser passe através do orifício e entre na cavidade ao mesmo tempo em que o fluido é dirigido para dentro da cavidade de modo que o pulso de laser seja incidente no fluido e em uma superfície juntos a fim de inibir dano à parede traseira.

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33/78 [099] A FIGURA 12 retrata um fluxograma simplificado de um processo 1210 de usinagem a laser ao mesmo tempo em que protege uma superfície da parede traseira de um objeto 950 que está sendo usinado a laser, de acordo com algumas realizações. Na etapa 1212, um substrato de proteção (por exemplo, substrato de proteção 312) é posicionado dentro de uma cavidade do objeto 950 para que o substrato de proteção fique alinhado ao trajeto previsto do laser e um orifício ou outra usinagem a laser pretendida seja realizada em uma parede do objeto 950.

[0100] Na etapa 1214, um fluido é dirigido para dentro da cavidade e em direção ao substrato de proteção 312. Em muitas realizações, o fluido não inclui propriedades de absorção de laser, e adicionalmente, pode simplesmente ser água (por exemplo, água de torneira, água gelada, água super-refrigerada, etc.), álcool, gás líquido (por exemplo, nitrogênio líquido) ou outros fluidos relevantes que possam transmitir a luz do laser e em pelo menos alguns casos ferver de modo que os mesmos retirem a energia do laser. Em alguns casos, pode ser incluído um surfactante com o fluido para ajudar a molhar melhor o substrato de proteção. Adicionalmente, o fluido tipicamente não deixa um resíduo que tenha que ser removido através de procedimentos adicionais ou complexos. Adicionalmente, o fluido pode ser dirigido para contatar diretamente a superfície do substrato de proteção 312 sobre a qual os pulsos de laser devem colidir. Na etapa 1216, a usinagem a laser é controlada para gerar o orifício ou outra usinagem a laser na parede do objeto 950. Com o substrato de proteção 312 posicionado com precisão, os pulsos de laser que penetram a parede do objeto 950 e entram na cavidade são incidentes sobre o substrato de proteção 312 e o fluido dirigido em direção ao substrato de proteção de modo que o substrato de proteção iniba o pulso de laser de colidir na superfície da parede traseira através da cavidade do orifício que está sendo usinado a laser.

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34/78 [0101] A FIGURA 13 retrata um fluxograma simplificado de um processo 1310 de usinagem a laser de um objeto 950 de acordo com algumas realizações. Por exemplo, o processo 1310 pode ser usado em perfuração a laser de uma pluralidade de orifícios em injetores de combustível próximos a uma ponta estreita do injetor de combustível através da qual o combustível é destinado a ser ejetado quando o injetor de combustível é utilizado dentro de um motor. Na etapa 1312, um substrato de proteção 312 é configurado e/ou construído de acordo com tamanho e forma pré-definidos, o que é dependente do objeto 950 que está sendo usinado a laser (por exemplo, um injetor de combustível), do tamanho do objeto, do tamanho da cavidade, do espaço disponível para acesso a cavidade e outros fatores relevantes. Adicionalmente, em alguns casos, as dimensões do substrato de proteção 312 podem depender da usinagem a laser pretendida, da intensidade pretendida dos pulsos de laser, da duração dos pulsos de laser, da duração entre pulsos, da duração entre rajadas de laser quando são empregadas rajadas, do suporte (por exemplo, conduto de fluido 314) para o substrato de proteção 312 quando posicionado dentro da cavidade e do acoplamento do substrato de proteção com o conduto de fluido 314, e outros fatores semelhantes. Por exemplo, em algumas realizações, o substrato de proteção é formado usinando o conduto de fluido 314 para cortar o substrato de proteção 312 diretamente a partir do conduto de fluido. O substrato de proteção 312, em alguns casos, pode ser dobrado relativo a um eixo geométrico do conduto de fluido 314 para permitir que a superfície do substrato de proteção fique posicionada dentro da cavidade em um desejado ângulo relativo ao trajeto dos pulsos de laser e/ou de modo que o fluido liberado do conduto de fluido 314 seja pelo menos parcialmente dirigido para o substrato de proteção 312.

[0102] Na etapa 1314, uma ou mais estruturas de superfície, tais como aberturas, e/ou irregularidades são formadas no substrato de proteção

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312. Por exemplo, em algumas realizações, uma grelha ou matriz de aberturas 512 são usinadas, perfuradas a laser ou de outra forma formadas no substrato de proteção. Por exemplo, a grelha de aberturas e/ou as depressões podem ser formadas em uma configuração comprimida próxima a hexagonal com uma seção transversal das aberturas e/ou depressões sendo afunilada. Na etapa 1316, o substrato de proteção 312 é suportado pelo conduto de fluido 314, o qual é cooperado com o suporte de posicionamento 712. O conduto de fluido 314 é adicionalmente cooperado com uma saída do sistema de fornecimento de fluido 936 (por exemplo, acoplado a uma saída de um medidor de fluxo 940). Na etapa 1318, o conduto de gás 340 é montado com o suporte de posicionamento 712, e conectado à saída do sistema de fornecimento de gás 926 (por exemplo, uma saída de um medidor de fluxo 932).

[0103] Na etapa 1320, um objeto 950 para ser usinado a laser (por exemplo, um injetor de combustível) é posicionado para que uma parte do objeto a ser usinado a laser fique próxima ao foco do laser quando ativado. Em algumas realizações, o sistema de posicionamento 924 pode posicionar o objeto 950 na localização desejada. É observado que o objeto 950 para ser usinado a laser e/ou o laser não tem que ser posicionados de modo que o foco de laser 218 fique diretamente em um centro de um orifício ou outra lacuna a ser usinada a laser. De fato, em alguns casos pode ser benéfico e desejado que o ponto focal não fique posicionado em um centro de um orifício que está sendo formado. Por exemplo, o foco de laser 218 pode ser dirigido para ficar radialmente no centro de um orifício a ser formado, mas não axialmente. Em outros casos o foco 218 pode ser posicionado fora do objeto 950. De maneira similar, em alguns casos, tal como quando um cabeçote de mandrilamento está sendo usado, o laser pode ser movido, por exemplo, para processar em volta de uma circunferência de um orifício ou lacuna que esta sendo trabalhado. Na etapa 1322, o sistema de proteção 310 é posicionado dentro da cavidade do

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36/78 objeto 950 de modo que o substrato de proteção 312 fique em alinhamento com o trajeto pretendido dos pulsos de laser.

[0104] Na etapa 1324, são determinados parâmetros de laser para o sistema de laser 912, tal como potência do laser, sincronismo do pulso (por exemplo, sincronismo do pulso duplo) e outros parâmetros relevantes semelhantes. Na etapa 1326, o um ou mais fatiadores de pulso 914 são configurados para determinar uma taxa de seleção. Em algumas realizações, as etapas 1324 e 1326 são configuradas de acordo com um plano de usinagem, o qual pode incluir variar sobre o tempo um ou mais dos parâmetros do laser e/ou das taxas de seleção durante a usinagem a laser, tal como baseado em sincronismo de queimadura esperada e/ou em resposta a detectar queimadura. Na etapa 1320, o sistema de entrega de feixe 916 é configurado, tal como configurando um cabeçote de mandrilamento quando desejado.

[0105] Na etapa 1332, o sistema de fornecimento de fluido 936 e sistema de fornecimento de gás 926 são configurados para determinar as taxas de fluxo de gás e fluido e ativados para iniciar o fornecimento de fluido e gás para o interior da cavidade do objeto 950. Em algumas realizações, um gás é entregue adicionalmente para um jato de gás auxiliar quando relevante, de modo que um fluxo de gás seja dirigido ao longo de um exterior do objeto 950. Na etapa 1334, o um ou mais obturadores são configurados para o sincronismo desejado e a perfuração a laser é ativada para perfurar um primeiro orifício no objeto 950.

[0106] Em algumas realizações, os múltiplos orifícios ou outra usinagem a laser podem ser realizados no objeto 950. Por exemplo, quando o objeto é um injetor de combustível, tipicamente múltiplos orifícios são perfurados a laser no injetor de combustível. Consequentemente, algumas realizações incluem a etapa 1336, onde o objeto 950 é girado ou de outra forma movido para um novo ponto alvo no objeto 950. Na etapa 1340, o objeto

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950 é posicionado relevante ao foco do laser. Em algumas implementações, a rotação e posicionamento do objeto 950 são implementados pelo sistema de posicionamento 924. Na etapa 1342, o um ou mais obturadores são configurados para o desejado tempo de perfuração e a perfuração a laser é implementada. Quando perfuração a laser e/ou usinagem adicional deve ser realizada o processo 1310 pode retornar para a etapa 1336 para girar ou de outra forma reposicionar o objeto 950 para perfuração ou usinagem a laser subsequente.

[0107] Quando a perfuração a laser está completa o processo continua para a etapa 1344 onde o sistema de proteção 310 é removido da cavidade. Na etapa 1346, um objeto subsequente 950 é posicionado relativo ao sistema de laser 912. Na etapa 1348 o sistema de proteção 310 é inserido na cavidade. Na etapa 1350, o objeto subsequente 950 é posicionado relativo ao foco de laser. O processo 1310 pode então retornar para a etapa 1334 para configurar o sincronismo do obturador e implementar a perfuração a laser.

[0108] Algumas realizações fornecem proteção da parede traseira sem inserir o substrato de proteção entre o pulso de laser e a parede traseira. Em parte, este esquema de proteção é implementado fornecendo um fluido para dentro da cavidade do objeto que está sendo usinado a laser ao mesmo tempo em que controlando os pulsos de laser e sincronismo dos pulsos de laser durante a usinagem a laser.

[0109] A FIGURA 14 retrata um fluxograma simplificado de um processo 1410, de acordo com algumas realizações, para proteger uma parede traseira de um objeto 950 (por exemplo, uma lâmina de turbina, injetor de combustível ou substancialmente qualquer objeto) durante a usinagem a laser daquele objeto. Na etapa 1412, um sistema de fornecimento de fluido é ativado para fornecer um fluido para dentro de uma cavidade do objeto 950. Tipicamente, o fluido fornecido para dentro da cavidade não tem propriedades

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38/78 de absorção ou dispersão de laser, e em muitos casos simplesmente água é fornecida para dentro da cavidade do objeto 950. O fluido que fica em contato com a parede traseira que está sendo protegida contra dano, e em alguns casos preenche substancialmente ou preenche a cavidade do objeto. Na etapa 1414, uma pluralidade de pulsos e/ou rajadas de laser são gerados. Tipicamente, os pulsos de laser são fornecidos em rajadas, com cada rajada incluindo múltiplos pulsos de laser (por exemplo, dois pulsos) que são separados no tempo apenas por uma pequena duração de tempo, pelo menos relativo à duração de tempo entre rajadas. A geração de rajadas de laser e o uso de rajadas de laser em usinagem a laser são descritos na Patente Norte Americana de No. 6.664.498 para Forsman e outros, a qual é incorporada integralmente neste documento por referência.

[0110] Na etapa 1416, o sincronismo entre pulsos de laser e/ou rajadas que colidem sobre o objeto 950 é controlado precisamente de modo que os pulsos de laser geralmente não sejam incidentes sobre a parede traseira enquanto única ou múltiplas bolhas estiverem presentes na parede traseira.

[0111] Consequentemente, os pulsos de laser são incidentes no fluido e na superfície da parede traseira, com o fluido e a superfície da parede traseira juntos inibindo dano à parede traseira. Em alguns casos o sincronismo entre os pulsos e/ou rajadas de laser é controlado selecionando um subconjunto das rajadas de laser e dirigindo o subconjunto das rajadas de laser no objeto 950 de acordo com sincronismo pré-definido para deste modo limitar e/ou impedir dano à parede traseira com o fluido auxiliar ficando em contato com a parede traseira. O sincronismo pré-definido é dependente da geração e/ou cavitação de bolhas dentro do fluido como resultado dos pulsos de laser.

[0112] A FIGURA 15 retrata uma vista de corte de diagrama simplificado de um objeto 1510 durante usinagem a laser de acordo com

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39/78 algumas realizações. Os pulsos de laser 1512 são dirigidos ao objeto 1510 através de lentes 1514 e afins para implementar a usinagem a laser, tal como perfuração a laser de um ou mais orifícios 1518 em uma parede 1520 do objeto 1510. Seguindo a ruptura da parede 1520, pulsos de laser subsequentes continuam a ser dirigidos ao objeto para obter uma qualidade e/ou largura desejadas do orifício 1518. Como tal, pelo menos uma parte dos pulsos de laser dirigidos ao objeto 1510 seguindo a ruptura passam através do orifício para entrar na cavidade 1522 do objeto e podem continuar através da cavidade para colidir sobre uma superfície 1524 de uma parede traseira 1526 (onde a parede traseira 1526 de alguns objetos 1510 é uma continuação ou a mesma parede 1520 que está sendo usinada a laser em um lado oposto da cavidade 1522) e pode potencialmente causar dano à parede traseira. Os pulsos de laser que colidem diretamente na superfície da parede traseira 1524 podem produzir um plasma do material da parede traseira 1526 que pode causar dano à parede traseira e/ou reduzir a integridade da parede traseira naquele ponto, produzir fluxo de gases quentes e em alguns casos produzir alguns detritos como partes da parede traseira que podem ser ejetados resultando em dano à parede traseira.

[0113] Consequentemente, algumas realizações dirigem um fluido 1530 para dentro da cavidade 1522 ao mesmo tempo em que realizam a usinagem a laser. O fluido tipicamente não inclui propriedades de absorção de laser, e em alguns casos é água, álcool ou outros fluidos relevantes. Um surfactante pode ser incluído com o fluido em algumas implementações para ajudar a molhar a superfície da parede traseira. A quantidade de fluido 1530 mantida na superfície da parede traseira 1524 pode depender da intensidade e/ou potência do pulso de laser 1512, da distância da superfície da parede traseira 1524 para o foco de laser 1532, do material da parede traseira, da duração dos pulsos de laser, da duração entre os pulsos e/ou outros fatores

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40/78 semelhantes. O fluxo de fluido para dentro da cavidade pode depender do volume da cavidade, da taxa de pulsos, da formação, desestruturação e/ou dispersão esperados da bolha, e/ou de outros fatores semelhantes. Adicionalmente, a taxa de fluxo pode ser controlada para impedir que o fluido entre no orifício que está sendo perfurado a laser. Novamente, jatos de gás internos e/ou externos também podem ser usados para manter o fluido longe do orifício.

[0114] Adicionalmente, a duração entre os pulsos de laser e/ou rajadas de pulsos de laser é adicionalmente controlada para reduzir o dano potencial à parede traseira que de outra forma poderia ocorrer. Foi identificado que enquanto o fluido, tal como água, fica em contato com a superfície da parede traseira 1524, a refletividade na superfície da parede traseira 1524 é aumentada. Com a refletividade aumentada, o fluido e superfície da parede traseira juntos inibem dano à parede traseira com os pulsos de laser que colidem sobre a superfície da parede traseira 1524 sendo prontamente refletidos a partir da superfície da parede traseira e consequentemente resultando em ablação mínima, se houver, formação de plasma e/ou outro dano na superfície da parede traseira enquanto a refletividade for mantida. Os pulsos de laser refletidos continuam a se espalhar reduzindo a intensidade e a probabilidade de provocar dano adicional à superfície interna da cavidade 1522.

[0115] Entretanto, foi identificado adicionalmente que os pulsos de laser 1512 podem provocar a formação de cavitação ou bolhas dentro do fluido 1530. A formação das bolhas na ou próximo à superfície da parede traseira 1524 pode reduzir a refletividade da superfície da parede traseira, por exemplo, devido à falta do fluido 1530 na superfície da parede traseira quando uma bolha se forma na superfície da parede traseira. Com a refletividade reduzida, os pulsos de laser subsequentes podem provocar danos e/ou ablação

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41/78 aumentada na superfície da parede traseira 1524, por exemplo, devido ao pulso de laser colidir sobre uma parte da superfície da parede traseira 1524 seca ou substancialmente seca onde uma bolha tiver se formado.

[0116] Consequentemente, algumas realizações reduzem e/ou eliminam dano potencial à parede traseira controlando o sincronismo dos pulsos de laser dirigidos ao objeto 1510 enquanto o fluido é entregue para dentro da cavidade para que as bolhas formadas como resultado de um ou mais pulsos de laser prévios murchem substancial ou totalmente antes de um pulso subsequente ser dirigido ao objeto. Como resultado, o fluido 1530 fica em contato com a superfície da parede traseira 1524 e fornece a refletividade aumentada, o que reduz a formação de plasma e/ou ablação da superfície da parede traseira.

[0117] Adicionalmente, algumas realizações dirigem um fluxo de gás 1536 (por exemplo, ar, nitrogênio, argônio, hélio ou outros gases relevantes) para dentro da cavidade 1522, tipicamente através da área a ser usinada a laser. Consequentemente, o fluxo de gás 1536 pode limitar ou impedir que o fluido 1530 entre no orifício 1518 quando formado e/ou contate o orifício, o que pode potencialmente provocar queima na superfície do orifício 1518 em alguns casos. Adicionalmente, algumas realizações dirigem um ou mais fluxos de gás 1540 para dentro do orifício 1518 e/ou através de uma superfície exterior de objeto 1510, o que em parte pode remover restos durante a usinagem a laser e/ou inibir que fluido do interior da cavidade entre no orifício.

[0118] A FIGURA 16A retrata um diagrama de sincronismo simplificado representativo de sincronismo de pulso de laser usado na realização de usinagem a laser de acordo com algumas realizações. Uma série de pulsos de laser 1612 e 1613 são dirigidos a um objeto que está sendo usinado a laser. Foi descoberto que pelo menos com algumas intensidades e

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42/78 distâncias do laser para um foco do laser, podem ser formadas bolhas na parede traseira 1524 da cavidade 1522 do objeto como resultado do pulso de laser 1612. As bolhas que pode formar próximas ou adjacentes à parede traseira 1524 podem resultar em um ou mais pulsos de laser subsequentes colidindo sobre uma parte da parede traseira seca ou substancialmente seca devido às bolhas, o que pode reduzir a refletividade na parede traseira e/ou reduzir um efeito de refrigeração fornecido pelo líquido.

[0119] Consequentemente, o sistema de laser pode ser controlado de modo que um segundo pulso de laser 1613 não seja dirigido ao objeto 1510 até a expiração da segunda duração 1622 que segue a primeira rajada 1612. Consequentemente, o sistema de laser é controlado de modo que um segundo pulso 1613 subsequente não seja dirigido ao objeto 1510 por uma duração ou quantidade de tempo prevista 1624 que é prevista para que substancialmente todas ou todas as bolhas próximas à superfície da parede traseira 1524 murchem ou se dispersem. Novamente, a duração 1624 é definida baseada parcialmente na intensidade ou potência do laser, na distância entre o foco de laser 1532 e a superfície da parede traseira 1524, no fluido 1530, no tempo previsto para a formação e desestruturação de substancialmente todas as bolhas formadas na superfície da parede traseira 1524 pelo primeiro pulso de laser 1612, e outros fatores semelhantes. Como um exemplo, a duração 1624 entre os pulsos subsequentes 1612 e 1613 pode ser de aproximadamente 0,5 ms. As bolhas produzidas no fluido que resultam da rajada de laser inicial tipicamente murcham de forma relativamente rápida na parede traseira, particularmente quando a intensidade do laser na parede traseira é relativamente baixa.

[0120] A FIGURA 16B retrata um diagrama de sincronismo simplificado representativo de sincronismo de pulso de laser usado na realização de usinagem a laser de acordo com algumas realizações. Como

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43/78 descrito acima, e como descrito na Patente Norte Americana de No. 6.664.498, o uso de rajadas 1632 a 1635 de pulsos de laser pode aumentar a perfuração a laser e/ou usinagem a laser. Foi descoberto que pelo menos com algumas intensidades de laser uma primeira rajada 1632 de dois pulsos de laser separados por uma primeira duração 1640 pode não produzir bolhas na superfície da parede traseira 1524. Adicionalmente, a segunda duração 1642 entre as rajadas de laser 1632 e 1633 é selecionada de modo que as bolhas não sejam formadas antes da segunda rajada 1633. Em alguns casos, as bolhas podem ser formadas no ou próximo ao foco de laser 1532 quando o fluido 1530 está presente no ou próximo ao foco; entretanto, as bolhas tipicamente não são formadas próximas à parede traseira como resultado da primeira rajada 1632, ou não são formadas pelo menos antes que a segunda rajada 1633 colida sobre a superfície da parede traseira 1524.

[0121] Consequentemente, uma segunda rajada 1633 pode ser dirigida ao objeto 1510 na segunda duração 1642 que segue a primeira rajada 1632. Aquelas partes dos pulsos da segunda rajada 1633 que passam através do orifício 1518 colidirão sobre a superfície da parede traseira 1524 enquanto o fluido 1530 estiver em contato com a superfície da parede traseira e antes da formação de bolha.

[0122] É provável que se formem bolhas em resposta à segunda rajada 1633 do primeiro conjunto de rajadas. Consequentemente, uma terceira rajada 1634 subsequente de um segundo conjunto de rajadas é dirigido ao objeto 1510 seguindo uma terceira duração 1644, a qual tipicamente é relativamente grande comparada à primeira duração 1640 que separa os pulsos dentro de uma rajada (por exemplo, tempos centenas de vezes maiores, ou milhares de vezes maiores do que o tempo de duração 1640 entre os pulsos), e maior do que a segunda duração 1642 entre a primeira e segunda rajadas 1632-1633 (por exemplo, cinco, dezenas ou centenas de vezes maior

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44/78 do que o tempo de duração 1642 entre as rajadas de um primeiro conjunto de rajadas). A terceira duração 1644 é definida baseada na intensidade ou potência do laser, na distância entre o foco de laser 1532 e a superfície da parede traseira 1524, no fluido 1530, na viscosidade, densidade, e tensão superficial do fluido, no ângulo de incidência na parede traseira, na taxa de fluxo, no tempo previsto para a formação e desestruturação e/ou dispersão de substancialmente todas as bolhas formadas na superfície da parede traseira 1524 pela primeira e/ou segunda rajadas 1632 e 1633, e em outro fatores semelhantes. Como um exemplo, a primeira duração 1640 entre pulsos de uma rajada 1632 pode ser de entre aproximadamente 50 e 200 ms, e a segunda duração 1642 entre a primeira e segunda rajadas 1632 e 1633 pode ser de aproximadamente 0,1 ms. Os conjuntos de rajadas separados pela terceira duração 1644 podem ser de aproximadamente 0,5 ms. Consequentemente, as bolhas produzidas no fluido resultantes das duas rajadas de laser sucessivas tipicamente murcham de forma relativamente rápida na parede traseira, particularmente quando a intensidade do laser na parede traseira é relativamente baixa. Algumas realizações levam em consideração um tempo estimado para várias bolhas dimensionadas murcharem quando controladas por tensão superficial para vários tamanhos estimados de bolhas. A adequabilidade do sincronismo foi verificada através de testes criando e evitando dano à parede traseira em um tubo. Novamente, o fluxo de fluido pode auxiliar a murchar as bolhas e/ou mover as bolhas para longe da parede traseira onde o laser deve colidir.

[0123] Com algumas realizações, de acordo com alguns testes, a intensidade do laser foi da ordem de entre aproximadamente 10X e 100X mais intenso no foco de laser do que na localização da parede traseira que fica aproximadamente 2 a 3 mm distante do foco de laser (por exemplo, a intensidade do laser na parede traseira pode, pelo menos em algumas

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45/78 implementações, ficar no intervalo de entre 10⁷ W/cm² e 10⁹ W/cm²). Consequentemente, a formação de bolha na superfície da parede traseira é menor do que aquela que ocorreria no foco de laser. Adicionalmente, um único pulso pode não formar bolhas na superfície da parede traseira permitindo que múltiplos pulsos de uma rajada sejam usados para melhorar o trabalho ao mesmo tempo em que ainda limitando ou evitando dano à parede traseira. É observado que o fluido dirigido para dentro da cavidade pode auxiliar a dispersar e remover algumas das bolhas. Uma alta taxa de fluxo de fluido pode auxiliar a varrer pelo menos algumas das bolhas para longe. De maneira similar, em alguns casos, o fluxo de fluido pode dispersar ou varrer substancialmente todas, se não todas, as bolhas para longe da parede traseira onde o laser colide, o que pode permitir uma operação substancialmente contínua do sistema de laser, tal como rajadas de laser contínuas com durações muito menores entre rajadas. Por exemplo, dependendo do tamanho da cavidade, o fluxo pode ser da ordem de 5 m/s. Novamente, entretanto, esta taxa de fluxo pode ser difícil para manter em geometrias apertadas, tais como algumas geometrias de injetor de combustível.

[0124] A proteção da parede traseira fornecida pelas presentes realizações, entretanto, não é limitada a estes pulsos de laser e/ou sincronismo. Alternativamente, a proteção da parede traseira pode ser utilizada com substancialmente quaisquer pulsos de laser, durações de pulso de laser e/ou durações entre pulsos ou rajadas de pulsos enquanto levando em consideração a formação de bolha e tempo para que as bolhas murchem, se dissipem e/ou se movam para longe da área onde o laser deve colidir. Adicionalmente, a comutação e/ou controle do pulso podem ser utilizados de maneira similar em cooperação com ao substrato de proteção da parede traseira (por exemplo, substrato 312). Consequentemente, o controle do pulso e/ou rajada pode ser utilizado ao mesmo tempo em que o substrato de

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46/78 proteção da parede traseira é posicionado dentro da cavidade do objeto que está sendo usinado a laser.

[0125] Em alguns casos, o fluido 1530 pode entrar parcialmente no orifício 1518 que está sendo usinado a laser e consequentemente ficar próximo ao foco de laser 1532. A formação de bolha que pode ocorrer próxima ao foco de laser 1532 pode em alguns casos aumentar a usinagem a laser. Por exemplo, a formação das bolhas próximas ao foco de laser como resultado da primeira rajada 1632 pode permitir que a segunda rajada 1633 colida sobre uma superfície relativamente seca devido à formação de bolha proporcionar formação de plasma e ablação melhoradas próximo ao foco de laser, o que pode melhorar a usinagem a laser obtendo a usinagem a laser desejada (por exemplo, formação de um orifício 1518), e pode adicionalmente impedir a entrada do fluido no orifício.

[0126] A FIGURA 17 mostra um diagrama de sincronismo simplificado representativo de sincronismo de pulso de laser usado na realização de usinagem a laser de acordo com algumas realizações. Um sistema de laser pode gerar uma série de rajadas 1712 a 1723. Um subconjunto destas rajadas pode ser selecionado e dirigido ao objeto para realizar a usinagem a laser de acordo com o sincronismo pré-definido. Em alguns casos, um fatiador de pulso pode ser controlado baseado no sincronismo pré-definido para selecionar aqueles pulsos que se deseja dirigir ao objeto. Por exemplo, a primeira e segunda rajadas 1712 e 1713 podem ser selecionadas, com a primeira e segunda rajadas sendo separadas por uma primeira duração (por exemplo, primeira duração 1732). Como descrito acima, em alguns casos, com a primeira e segunda rajadas sendo sincronizadas, as bolhas não se formam na superfície da parede traseira até após a segunda rajada 1713. Uma série de rajadas subsequentes 1714 a 1721 podem ser puladas e não dirigidas ao objeto 1510. Baseado em um tempo esperado para

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47/78 que as bolhas murchem na superfície da parede traseira 1524, a segunda duração 1734 é determinada e o fatiador pode selecionar um segundo subconjunto de rajadas para ser dirigido ao objeto 1510, por exemplo, a décima primeira e décima segunda rajadas 1722 e 1723, que correspondem à duração desejada entre os conjuntos de rajadas. Como tal, um segundo subconjunto de rajadas é selecionado de acordo com o sincronismo pré-definido para que a décima primeira e décima segunda rajadas 1722-1723 colidam sobre a superfície da parede traseira 1524 após substancialmente todas ou todas as bolhas formadas como resultado do primeiro subconjunto de rajadas murchem e o fluido 1530 fique em contato com a superfície da parede traseira 1524. Em alguns casos, um par de rajadas pode ser selecionado a partir de cada uma de uma quantidade pré-definida de rajadas (por exemplo, duas rajadas são selecionadas a partir de cada conjunto de rajadas amiúdes).

[0127] A FIGURA 18 retrata um diagrama de blocos simplificado de um sistema de usinagem a laser 1810, de acordo com algumas realizações. O sistema de usinagem a laser 1810 inclui um sistema de laser 1812, um sistema de proteção 1814 que coopera com o objeto 1816 a ser usinado a laser, um controle de movimento e/ou sistema de posicionamento 1818 (referenciado abaixo como o sistema de posicionamento), e um controlador 1820.

[0128] O controlador 820 pode ser configurado como um dispositivo único ou dispositivos separados, tal como incluindo controladores no sistema de laser 1812, no sistema de proteção 1814 e/ou no sistema de posicionamento 1818. Em algumas realizações, o controlador 1820 compreende um ou mais processadores e/ou microprocessadores acoplados à memória que armazena código, instruções e/ou software para controlar o sistema de usinagem a laser 1810. Em algumas implementações, o controlador 1820 pode ser pelo menos parcialmente implementado através de um

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48/78 computador acoplado a um ou mais dentre o sistema de laser 1812, o sistema de proteção 1814 e o sistema de posicionamento 1818.

[0129] O sistema de laser 1812 gera os pulsos de laser e direciona os pulsos de laser para impactar com precisão o objeto 1816 que está sendo usinado a laser na localização desejada no objeto. Tipicamente, o sistema de laser 1812 inclui lentes, fatiadores e afins para focalizar e dirigir os pulsos de laser para colidirem sobre o objeto 1816. Em algumas realizações, o sistema de laser 1812 inclui elementos e/ou características adicionais, tais como trajetos de atraso e afins para produzir um ou mais pulsos de laser para colidirem sobre o objeto 1816 para obter a usinagem a laser desejada.

[0130] O sistema de proteção 1814 coopera com o controlador 1820 e o objeto 1816 para fornecer proteção da parede traseira para a parte do objeto oposta ao orifício ou outra usinagem que está sendo gerada. Em algumas realizações, o sistema de proteção 1814 fornece um fluido para dentro da cavidade de modo que o fluido forneça proteção para a parede traseira de uma cavidade do objeto 1816 oposta à parte do objeto que está sendo usinada a laser. O sistema de proteção 1814 inclui adicionalmente um controlador de fatiador (por exemplo, o fatiador de pulso 914 e temporizador e/ou processador de sinal 946) que coopera com o sistema de laser 1810 e/ou é parte do sistema de laser 1810 para controlar a seleção de um subconjunto de pulsos e/ou rajadas de pulsos a partir de uma série de pulsos e/ou rajadas. Consequentemente, o fatiador 914, o controlador 1820 e o processador de sinal 946 podem, em algumas implementações, dirigir um subconjunto de uma série de pulsos ou rajadas de pulsos no objeto 1816 ao mesmo tempo em que impedem que alguns dos pulsos ou rajadas de pulsos sejam dirigidos ao objeto para controlar a formação de bolhas e/ou desestruturação de bolhas na superfície da parede traseira 1524 para proteger a superfície da parede traseira. Em algumas implementações, o sistema de proteção 1814 pode incluir

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49/78 componentes adicionais ou alternativos, tais como, mas não limitados a, um sistema de fornecimento de gás 926 que pode fornecer um ou mais fluxos internos ou externos de gás (por exemplo, um jato de gás auxiliar externo coaxial, um ou mais jatos ao longo de um exterior, e/ou outros destes jatos auxiliares) relativos ao objeto 1816, um sistema de fornecimento de fluido 936 para fornecer o fluido para dentro da cavidade, um ou mais medidores de fluxo 932, 940, reguladores de pressão 930, detector de queimaduras 944 e/ou outros componentes semelhantes. O sistema de posicionamento 1818 pode cooperar com o sistema de laser 1812, o sistema de proteção 1814 e/ou o objeto 1816 para posicionar os componentes do sistema de usinagem a laser 1810 para usinar a laser com precisão o objeto 1816 ao mesmo tempo em que fornece proteção da parede traseira. O sistema de posicionamento pode incluir um ou mais motores, engrenagens, bombas, pistões, hidráulicos, cabos, manipuladores terminais, tenazes, e/ou outros dispositivos semelhantes para posicionar os componentes relativos a cada outro. Por exemplo, em algumas implementações, o sistema de posicionamento 1818 é cooperado com o objeto 1816 para controlar o posicionamento e/ou manter o posicionamento do objeto durante a usinagem a laser e/ou para reposicionar o objeto para realizar usinagem a laser adicional (por exemplo, perfuração a laser de múltiplos orifícios no objeto 1816). Adicional ou alternativamente, o sistema de posicionamento 1818 pode cooperar com o sistema de proteção 1814 para posicionar pelo menos uma parte do sistema de proteção para aplicar fluido com precisão para dentro da cavidade. De maneira similar, em algumas realizações, o sistema de posicionamento pode fornecer em parte alguns controles sobre o posicionamento do sistema de laser 1812 ou de partes do sistema de laser para focalizar e dirigir com precisão o pulso de laser em direção ao objeto 1816.

[0131] A FIGURA 19 retrata um fluxograma simplificado de um

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50/78 processo 1910 para fornecer proteção da parede traseira durante a usinagem a laser, de acordo com algumas realizações. Na etapa 1912, uma fonte de laser é configurada relativa a um objeto para ser usinado a laser (por exemplo, objeto 1510). Isto pode incluir configurar uma potência do laser e outros parâmetros semelhantes. Adicionalmente, isto pode incluir o posicionamento da fonte de laser, do objeto para ser usinado a laser e/ou do sistema de proteção e/ou substrato. Em algumas realizações, o sistema de proteção é fixado e o objeto para ser usinado a laser é movido para a posição de modo que o substrato de proteção fique em um posicionamento desejado. Em outras realizações, o objeto é posicionado em uma posição fixa e o sistema de proteção é movido para posição relativa à superfície do objeto a ser protegido. Adicionalmente, o posicionamento pode ser baseado em registros, sensores e/ou contato de uma ou mais partes do sistema de proteção com uma ou mais partes do objeto a ser usinado a laser.

[0132] Na etapa 1914, é fornecido um fluido para dentro de uma cavidade do objeto 1510 que está sendo usinado a laser para pelo menos manter uma camada de fluido sobre uma superfície da parede traseira 1524. Na etapa 1916, a fonte de laser é ativada. Na etapa 1920, uma seleção de um subconjunto de pulsos de laser é dirigida ao objeto 1510, onde um sincronismo entre pulsos de laser dirigidos ao objeto é controlado de acordo com a intensidade do laser, a distância de um foco para a superfície da parede traseira 1524, o fluido que está sendo fornecido para dentro da cavidade, a taxa de desestruturação de bolha prevista no fluido fornecido, e outros fatores semelhantes. Como descrito acima, em alguns casos, podem ser utilizadas rajadas de laser que compreende múltiplos pulsos de laser, e em alguns casos conjuntos de rajadas são dirigidos ao objeto 1510 com a duração entre conjuntos de rajadas sendo pré-definida de acordo com um tempo esperado para que as bolhas formadas na superfície da parede traseira 1524 murchem.

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51/78 [0133] A FIGURA 20 retrata um fluxograma simplificado de um processo 2010 de usinar a laser um objeto 1816 de acordo com algumas realizações. Por exemplo, o processo 2010 pode ser usado na perfuração a laser de uma pluralidade de orifícios em peças de um avião ou motor (lâmina de turbina), injetor de combustível ou outro objeto onde usinagem a laser deva ser realizada em pelo menos um lado de uma cavidade, o que pode expor o lado oposto da cavidade a dano potencial. Na etapa 2012, um dispositivo de entrega de fluido (por exemplo, bico ou jato) é cooperado com um suporte (por exemplo, um suporte de posicionamento 712) e conectado a uma saída de um sistema de fornecimento de fluido 936 (por exemplo, a uma saída de um medidor de fluxo 940). Em algumas realizações, o processo inclui a etapa 2014, onde um dispositivo de entrega de gás (por exemplo, bico ou jato) é montado com o suporte (por exemplo, suporte de posicionamento 712), e conectado à saída do sistema de fornecimento de gás 926 (por exemplo, uma saída de um medidor de fluxo 932).

[0134] Na etapa 2016, um objeto 1816 para ser usinado a laser (por exemplo, um injetor de combustível) é posicionado de modo que uma parte do objeto para ser usinado a laser fique no foco do laser quando ativado. Em algumas realizações, o sistema de posicionamento 1818 pode posicionar o objeto 1816 na localização desejada. Na etapa 2020, o dispositivo de entrega de fluido é posicionado relativo à cavidade do objeto 1816 para manter um nível de água desejado dentro da cavidade. Pode ser desejável, em alguns casos, que a cavidade seja substancialmente preenchida com fluido. Em algumas realizações, o dispositivo de entrega de gás é posicionado de maneira similar relativo ao interior da cavidade para dirigir um fluxo de gás através de uma parte da superfície onde a usinagem a laser deve ser realizada (por exemplo, onde é para ser perfurado um orifício). Em outras realizações, os dispositivos de entrega de fluido e/ou gás são posicionados e o objeto é então

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52/78 posicionado subsequentemente relativo aos dispositivos de entrega de fluido e/ou gás.

[0135] Na etapa 2022, os parâmetros do laser são determinados para o sistema de laser 1810, tais como potência do laser, sincronismo do pulso (por exemplo, sincronismo do pulso duplo) e outros parâmetros relevantes semelhantes. Na etapa 2024, o um ou mais fatiadores de pulso 914 são configurados para determinar uma taxa de seleção, o que pode incluir selecionar um subconjunto de rajadas de laser para ser dirigido ao objeto 1816 enquanto dirigindo um remanescente das rajadas de laser para longe do objeto. Em algumas realizações, as etapas 2022 e 2024 são configuradas de acordo com um plano de usinagem pré-definido, o que pode incluir variar sobre tempo um ou mais dos parâmetros do laser e/ou das taxas de seleção durante a usinagem a laser, tal como baseado em temporização prevista de queimadura e/ou em resposta a detectar queimadura. Na etapa 2026, o sistema de entrega de feixe 916 é configurado, tal como ajustando um cabeçote de mandrilamento quando desejado.

[0136] Na etapa 2030, o sistema de fornecimento de fluido 936 e o sistema de fornecimento de gás 926 são configurados para determinar taxas de fluxo do fluido e gás e ativados para iniciar o fornecimento de fluido e gás para o interior da cavidade do objeto 1816. Em algumas realizações, um gás é entregue adicionalmente para um jato de gás auxiliar quando relevante. Na etapa 2032, o um ou mais obturadores são configurados para o sincronismo desejado e a perfuração a laser é ativada para perfurar um primeiro orifício no objeto 1816.

[0137] Em algumas realizações, múltiplos orifícios ou outra usinagem a laser podem ser realizados no objeto 1816. Por exemplo, quando o objeto é um injetor de combustível, tipicamente múltiplos orifícios são perfurados a laser no injetor de combustível. Consequentemente, algumas

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53/78 realizações incluem a etapa 2034, onde o objeto 1816 é girado ou movido de outra forma para um novo ponto alvo no objeto 1816. Na etapa 2036, o objeto 1816 é posicionado no foco do laser. Em algumas implementações, a rotação e posicionamento do objeto 1816 são implementados pelo sistema de posicionamento 1818. Na etapa 1840, o um ou mais obturadores são configurados para o tempo de perfuração desejado e a perfuração a laser é implementada. Quando perfuração e/ou usinagem a laser adicionais devem ser realizados o processo 2010 pode retornar para a etapa 2034 para girar ou reposicionar de outra forma o objeto 1816 para perfuração a laser ou usinagem subsequente.

[0138] Quando a perfuração a laser está completa o processo continua para a etapa 2042 onde o dispositivo de entrega de fluido e/ou dispositivo de entrega de gás pode ser removido da cavidade quando os mesmos são posicionados dentro da cavidade. Na etapa 2044, um objeto subsequente 1816 é posicionado relativo ao sistema de laser 1810. Na etapa 2048, o dispositivo de entrega de fluido é posicionado relativo à cavidade, e quando um dispositivo de entrega de gás relevante pode ser posicionado relativo à cavidade. Na etapa 2048, o objeto subsequente 1816 é posicionado relativo ao foco de laser. O processo 2010 então pode retornar para a etapa 2032 para configurar o sincronismo do obturador e implementar a perfuração a laser do objeto subsequente.

[0139] Consequentemente, as presentes realizações fornecem proteção para uma superfície oposta a uma parte de um objeto que está sendo usinado a laser. Esta proteção permite a usinagem a laser altamente precisa de um objeto ao mesmo tempo em que o objeto é protegido de dano periférico que pode degradar o objeto ou realmente tornar o objeto não utilizável. Adicionalmente, quando utilizado em aplicações de manufatura a proteção da parede traseira fornecida pelas presentes realizações pode melhorar muito a

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54/78 capacidade ao mesmo tempo em que reduz significativamente, se não elimina, a quantidade de objetos que têm para ser descartados devido a dano periférico que excede níveis limite. Adicionalmente, a proteção é realizada sem ter que introduzir uma substância que exigiria uma limpeza significativa e sem produzir um produto de resíduos perigoso.

[0140] A FIGURA 21 mostra uma vista de corte exemplificativa de um objeto 2110 que tenha sido perfurado a laser sem proteção da parede traseira. A perfuração a laser produziu dois orifícios 2112 e 2113 ou canais que se estendem através da parede do objeto 2110. Como pode ser visto, durante a perfuração a laser os pulsos de laser colidem na superfície da parede traseira 2116 da cavidade 2118 que é oposta aos orifícios 2112 e 2113 formados pelos pulsos de laser e pode produzir dano significativo à superfície da parede traseira 2116. Em alguns casos, o dano inclui dano à parede e estrutura do objeto (por exemplo, zonas afetadas por calor (HAZ)), e em alguns casos o dano pode se estender através da parede para um exterior da parede 2120 e/ou podem se formar um ou mais orifícios através da parede.

[0141] Dependendo da extensão do dano o objeto 2110 que está sendo usinado a laser pode ficar inutilizável de seu propósito pretendido ou ter uma expectativa de vida útil muito reduzida.

[0142] Por exemplo, usinagem a laser de peças de motores a jato e/ou injetores de combustível pode ter tolerância zero ou muito limitada para dano.

[0143] A FIGURA 22, entretanto, mostra uma vista de corte exemplificativa de um objeto 2210 que foi perfurado a laser ao mesmo tempo em que aplicando proteção da parede traseira de acordo com algumas realizações. Fornecendo a proteção da parede traseira, um ou mais orifícios 2212 e 2213, canais ou outra usinagem a laser podem ser gerados precisamente no objeto 2210 sem danificar a superfície da parede traseira

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2216 da cavidade 2218 que é oposta aos orifícios 2212 e 2213. Consequentemente, o uso da proteção da parede traseira pode melhorar muito a qualidade de objetos sendo produzidos, aumentar a capacidade da quantidade de objetos que podem ser usados para seus propósitos pretendidos, aumentar a vida útil de objetos usinados a laser e outros benefícios semelhantes.

[0144] Adicionalmente, a proteção da parede traseira fornecida por algumas realizações pode permitir que a usinagem a laser seja muito precisa. Por exemplo, em algumas realizações, os orifícios de laser 2212 e 2213 podem ser formados com um diâmetro 2230 que é de aproximadamente 50 micra se estendendo através de um objeto que tem uma parede de aço com uma espessura 2232 de aproximadamente 1,4 mm ou mais (por exemplo, uma espessura de parede de 1,0 mm com o orifício formado em um ângulo de 45 graus), sem nenhum efeito HAZ. Além disso, a usinagem a laser pode produzir orifícios em grande proximidade ao mesmo tempo em que ainda limita ou impede dano à parede traseira. Por exemplo, dois orifícios 2212 e 2213 podem ser formados dentro de 150 pm ou menos um do outro. Adicionalmente, a proteção da parede traseira impede que restos da superfície interna da parede traseira, impede respingos quentes e limita ou impede exposição a plasma quente na superfície da parede traseira. Algumas realizações fornecem adicionalmente proteção da parede traseira independentemente do material que está sendo usinado a laser sem ter que arrastar material de proteção para dentro da cavidade e/ou na superfície da parede traseira, o que pode requerer limpeza extensiva e/ou cara para remover o material de proteção.

[0145] Aquelas realizações que utilizam o substrato de proteção 312 e/ou sistema de proteção 310 que é inserido em uma cavidade e/ou entre o laser antecipado e a superfície da parede traseira podem ser tipicamente utilizadas para suportar intensidades e/ou potências de laser mais altas do que

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56/78 as realizações que não utilizam o substrato de proteção 312. Adicionalmente, o sincronismo do pulso quando realizando usinagem a laser ao mesmo tempo em que um substrato de proteção 312 é posicionado dentro da cavidade pode ser configurado para que o sincronismo entre pulsos e/ou rajadas possa ser reduzido relativo ao sincronismo quando utilizando proteção da parede traseira sem o substrato de proteção 312 e em vez de controlar o sincronismo de rajada para permitir que as bolhas formadas por pulsos ou rajadas prévios murchem.

[0146] A FIGURA 23 retrata uma vista de corte de diagrama simplificado de um sistema de proteção de usinagem a laser 2310 de acordo com algumas realizações. O sistema de proteção 2310 inclui uma inserção de sacrifício ou substrato de proteção 2312, uma fonte de fluido 2314 que fornece um fluido 2316, e uma ou mais fontes de gás 2318, 2320. O substrato de proteção 2312 é posicionado próximo ou em contato com uma superfície da parede traseira do objeto 2324 que está sendo usinado a laser. A fonte de fluido 2314 é posicionada relativa à cavidade 2326 do objeto de modo que seja mantida uma camada de fluido 2316 dentro da cavidade. A fonte de fluido 2314, tal como um conduto, bico ou afins é parte de um sistema de fornecimento de fluido 936 que controla o fluxo de fluido para dentro da cavidade. De maneira similar, em algumas realizações, a fonte de gás 2318 pode ser um conduto, bico ou afins que é parte de um sistema de fornecimento de gás 926 que fornece um gás (por exemplo, ar) para dentro da cavidade e ao longo da superfície da cavidade para limitar ou impedir que o fluido 2316 entre no orifício 2330. Algumas realizações podem incluir uma segunda fonte de gás 2320 que é parte de um sistema de fornecimento de gás 926 ou um sistema de fornecimento de gás separado que direciona um gás (por exemplo, ar) coaxialmente ao laser 2332 (é observado que uma ou mais fontes de gás adicionais ou alternativas podem ser incluída, tal como um bico para fornecer um gás através da superfície externa do objeto 2324).

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57/78 [0147] O fluido 2316 tipicamente não tem propriedades de ou dispersão absorção de laser e fornece uma refrigeração do substrato de proteção 2312. Os pulsos de laser 2332 passam através do orifício 2330 quando o orifício continua a ser formado para colidir sobre o substrato de proteção 2312. Como tal, o substrato de proteção 2312 e o fluido 2316 fornecem proteção da parede traseira do objeto 2324 durante a usinagem a laser. Em alguns casos, o fluido 2316 é dirigido para o fluxo através do substrato de proteção 2312, o que pode mover as bolhas que podem se formar dentro do fluido para longe da área que está sendo atingida pelo laser de modo que o fluido permaneça em contato com a superfície do substrato de proteção e aumente a refletividade na superfície. O substrato de proteção 2312 pode ser formado a partir de substancialmente quaisquer materiais relevantes que possam suportar exposição repetida a pulsos de laser usados na usinagem a laser do objeto 2324, tais como, mas não limitados a Inconel(R), cobre, níquel, aço, carbono, cerâmica, ou outros materiais semelhantes ou combinações destes materiais. Em alguns casos, o substrato de proteção 2312 pode ser formado a partir de um material altamente refletivo e/ou revestido com um material refletivo. Estruturas e/ou irregularidades de superfície podem ser incluídas no substrato de proteção 2312, tais como aquelas descritas acima. Em algumas realizações, o substrato de proteção 2312 pode ser formado a partir de um material poroso.

[0148] A FIGURA 24 retrata uma vista de corte simplificada de um sistema de proteção de usinagem a laser alternativo 2410 de acordo com algumas realizações. O sistema de proteção 2410 inclui um substrato de proteção oco 2412 e uma fonte de fluido 2414.

[0149] O substrato de proteção 2412 é posicionado com uma cavidade 2426 relativa a uma parede traseira 2428 do objeto 2432 que está sendo usinado a laser. A fonte de fluido 2414 fornece um fluido 2416 para

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58/78 dentro da parte oca 2418 do substrato de proteção. O substrato de proteção 2412 é formado de um material poroso, tal como um cobre poroso, carbono ou afins. Tipicamente, os tamanhos dos poros no substrato de proteção são pequenos o suficiente para que o fluido não flua prontamente para fora do substrato de proteção. Quando os pulsos de laser 2420 colidem sobre o substrato de proteção 2412 o substrato de proteção é aquecido provocando o fluido adjacente à superfície externa, dentro dos poros e/ou dentro do interior do substrato de proteção a ferver gerando vapor 2422 que é pelo menos parcialmente liberado através dos poros do substrato de proteção e pode ser evacuado da cavidade 2430 do objeto 2432, tal como através de um fluxo de gás, vácuo ou afins. Em algumas implementações, os poros são configurados de modo que o fluido seja forçado através dos poros (ou orifícios dependendo da configuração do substrato de proteção) em uma taxa desejada para manter o fluido na superfície do substrato de proteção 2412 sobre a qual o laser colide. Quando o laser colide sobre o fluido, este pode ser fervido sendo substituído por fluido adicional que é liberado através dos poros e/ou orifícios.

[0150] O substrato de proteção 2412, em alguns casos, é posicionado próximo à parede traseira 2428, e frequentemente é posicionado tão próximo à parede traseira, o que aumenta a distância entre o substrato de proteção e um foco do laser, e leva em consideração a estrutura da cavidade, o fluxo de fluido e outros fatores relevantes. Em algumas implementações, o substrato de proteção 2412 pode ser configurado como rotacionalmente simétrico. O substrato de proteção rotacionalmente simétrico pode ser girado durante o trabalho para expor partes diferentes da superfície enquanto trabalhando. Em alguns casos, o substrato de proteção pode ser girado continuamente.

[0151] Os métodos, técnicas, controles, sistemas, dispositivos e afins descritos neste documento podem ser utilizados, implementados e/ou

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59/78 trabalhar em muitos tipos de dispositivos e/ou sistemas diferentes em cooperação com uma ou mais fontes de laser. Com referência à FIGURA 25, é ilustrado um sistema 2510 que pode ser usado para qualquer dessas implementações, de acordo com algumas realizações. Um ou mais componentes do sistema 2510 podem ser usados para implementar qualquer dispositivo, sistema ou aparelho mencionado acima ou abaixo, ou peças destes sistemas, aparelhos ou dispositivos, tais como por exemplo qualquer dos controladores 820, 922, 946, 1820, sistemas de posicionamento 818, 924, 1818, mencionados acima ou abaixo e afins. Entretanto, o uso do sistema 2510 ou qualquer parte do mesmo certamente não é requerido.

[0152] A título de exemplo, o sistema 2510 pode compreender um módulo controlador ou processador 2512, memória 2514, uma interface de usuário 2516, e um ou mais enlaces, trajetos, barramentos de comunicação ou afins 2520. Uma fonte ou fornecimento de alimentação (não mostrado) é incluída ou acoplada ao sistema 2510. O controlador 2512 pode ser implementado através de um ou mais processadores, microprocessadores, unidade central de processamento, lógica, armazenamento digital local, firmware e/ou outro hardware e/ou software de controle, e pode ser usado para executar ou auxiliar na execução das etapas dos métodos e técnicas descritos neste documento, e controlar várias ativações, posicionamentos, seleções, taxas, durações, taxas de fluxo, pressões, sincronismo, detecções, movimento, etc. A interface de usuário 2516 pode permitir que um usuário interaja com o sistema 2510, determine parâmetros, ajuste condições de operação e recepção de informação através do sistema. Em alguns casos, a interface de usuário 2516 inclui um visor 2522 e/ou uma ou mais entradas de usuário 2524, tal como um teclado, rato, dispositivo apontador, botões, tela sensível ao toque, controle remoto, etc., o qual pode ser parte de ou acoplado com fio ou sem fio ao sistema 2510.

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60/78 [0153] Em algumas realizações, o sistema 2510 pode incluir adicionalmente uma ou mais interfaces, portas, transceptores de comunicação 2518 e afins para permitir que o sistema 2510 se comunique com outros componentes e/ou controladores de um sistema de usinagem a laser, se comunique com outros dispositivos sobre uma rede distribuída, uma rede local, a Internet, enlace de comunicação 2520, outras redes ou canais de comunicação com outros dispositivos e/ou outras comunicações semelhantes. Adicionalmente o transceptor 2518 pode ser configurado para configurações de comunicação com fio, sem fio, ótica, fibra ótica cabo ou outro semelhante ou combinações destas comunicações.

[0154] O sistema 2510 compreende um exemplo de um sistema de controle e/ou baseado em processador com o controlador 2512. Novamente, o controlador 2512 pode ser implementado através de um ou mais processadores, controladores, unidades centrais de processamento, lógica, software e afins. Adicionalmente, em algumas implementações o controlador 2512 pode fornecer funcionalidade multiprocessador.

[0155] A memória 2514, a qual pode ser acessada pelo controlador 2512, tipicamente inclui uma ou mais mídias legíveis por processador e/ou legíveis por computador acessadas pelo menos pelo controlador 2512, e pode incluir mídia volátil e/ou não volátil, tal como RAM, ROM, EEPROM, memória flash e/ou outra tecnologia de memória. Adicionalmente, a memória 2514 é mostrada como interna ao sistema 2510; entretanto, a memória 2514 pode ser interna, externa ou uma combinação de memória interna e externa. A memória externa pode ser substancialmente qualquer memória relevante tal como, mas não limitada a, um ou mais de cartões de memória flash digital segura (SD), pen drive de barramento serial universal (USB), outros cartões de memória, controlador de disco rígido e outra memória semelhante ou combinações destas memórias. A memória 2514 pode

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61/78 armazenar código, software, executáveis, scripts, parâmetros, configurações, limites, log ou dados históricos, informação de usuário e afins.

[0156] A FIGURA 26 mostra uma imagem de um sistema de proteção 2610 que tem um substrato de proteção 2612, o qual pode ser similar ao substrato de proteção 312 da FIGURA 4, de acordo com algumas realizações. O substrato de proteção 2612 é cooperado com um conduto de fluido 2614 que é substancialmente reto próximo ao substrato de proteção. Adicionalmente, o substrato de proteção 2612 é posicionado em um ângulo para um eixo geométrico central do conduto de fluido 2614. Adicionalmente, o ângulo frequentemente é selecionado de modo que o laser 2620 também colida sobre o substrato de proteção em um ângulo oblíquo. Nesta configuração, o fluido 2640 (reapresentada pela linha tracejada) é ejetado a partir da extremidade 2642 do conduto para impactar diretamente a primeira superfície 2616 do substrato de proteção no ângulo entre o substrato de proteção e o conduto de fluido 2614. Consequentemente, o fluido muda de direção ao contatar o substrato de proteção. Adicionalmente, em algumas realizações, o fluido 2640 é forçado para dentro das aberturas 512 da grelha (ver FIGURA 5) quando presente no substrato de proteção 2612. O conduto 2614 pode ter substancialmente qualquer tamanho ou diâmetro relevantes 2622 que se ajuste dentro da cavidade do objeto que está sendo usinado a laser e permitir o posicionamento preciso do substrato de proteção 2612 relativo à superfície do objeto a ser protegido.

[0157] A FIGURA 27 mostra uma imagem de um sistema de proteção 2710 com um substrato de proteção 2712 que coopera com um conduto de fluido 2714, de acordo com algumas realizações. Nesta realização, o conduto de fluido 2714 tem um diâmetro reduzido 2722 comparado ao diâmetro 2622 do conduto de fluido 2614 da FIGURA 26. Esta realização estreitada permite que o sistema de proteção 2710 seja utilizado com e/ou

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62/78 inserido em espaços menores e/ou em objetos menores para ser usinado a laser. Um substrato de proteção 2712 se estende a partir do conduto 2714, e tipicamente se estende em um ângulo relativo a um eixo geométrico central do conduto próximo à extremidade 2742 do conduto 2714. Quando em uso, o substrato de proteção 2712 é posicionado de modo que o laser 2620 seja incidente sobre o substrato de proteção 2722, o qual em algumas realizações inclui uma pluralidade de aberturas 512 ou rebaixos. Em algumas configurações, o conduto de fluido 2714 é adicionalmente diferente do conduto de fluido 2614 da FIGURA 26 pelo fato de que o conduto de fluido pode incluir uma curva 2736 próxima, mas separada por uma distância da extremidade 2742 de conduto de fluido 2714. A curva 2736 pode adicionalmente ser incorporada baseada no objeto que está sendo usinado a laser e para permitir que o sistema de proteção 2710 seja posicionado relativo a uma superfície do objeto a ser protegido. Consequentemente a curva 2736 redireciona o fluido fazendo com que pelo menos uma maior parte do fluido saia do conduto 2714 substancialmente paralelo à superfície do substrato de proteção 2712. Tipicamente, o fluxo de fluido através do conduto 2714 é menor do que o fluxo de fluido através do conduto 2614 do sistema de proteção 2610 da FIGURA 26. Adicionalmente, o trajeto paralelo do fluido limita a quantidade de fluido que entra nas aberturas 512, quando presentes.

[0158] A FIGURA 28 mostra uma vista em perspectiva de um sistema de proteção 2812 para uso na proteção de superfícies de um objeto que está sendo usinado a laser de acordo com algumas realizações. A FIGURA 29 mostra uma vista de corte simplificada ao longo de uma parte de um comprimento do sistema de proteção 2812 da FIGURA 28, de acordo com algumas realizações. A FIGURA 30 mostra uma vista em perspectiva do sistema de proteção 2812 da FIGURA 28 relativa a um poste ou aparelho de montagem 3010 que é usado para posicionar o substrato de proteção 2822 do

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63/78 sistema de proteção 2812 dentro de um objeto para ser usinado a laser, de acordo com algumas realizações. Com referência às FIGURAS 28 a 30, o sistema de proteção 2812 inclui um primeiro ou conduto de entrega de fluido 2814, um segundo ou conduto de remoção de fluido 2816, um elemento de redirecionamento de fluido 2820, e um substrato de proteção 2822. Em algumas realizações, o sistema de proteção 2812 inclui um ou mais espaçadores ou registros de posicionamento 2830 a 2832.

[0159] O elemento de redirecionamento 2820 é posicionado próximo a uma extremidade do conduto de entrega 2814, e em algumas realizações é preso a e/ou se estende a partir da extremidade do conduto de entrega. Tipicamente, o elemento de redirecionamento 2820 se estende adicionalmente a partir do conduto de entrega em um ângulo relativo a um eixo geométrico do conduto de entrega para se estender pelo menos parcialmente sobre a extremidade do conduto de entrega. O substrato de proteção 2822 é posicionado próximo a uma extremidade do conduto de remoção 2816, e em algumas realizações é preso a e/ou se estende a partir da extremidade do conduto de remoção. Similar ao elemento de redirecionamento 2820, o substrato de proteção 2822 tipicamente também se estende a partir do conduto de remoção em um ângulo relativo a um eixo geométrico do conduto de remoção para se estender pelo menos parcialmente sobre a extremidade do conduto de remoção 2816.

[0160] O conduto de entrega 2814 e conduto de remoção 2816 são posicionados de modo que o elemento de redirecionamento 2820 e o substrato de proteção 2822 fiquem posicionados justapostos um ao outro. Adicionalmente, em algumas realizações, o elemento de redirecionamento 2820 e o substrato de proteção 2822 são posicionados opostos um ao outro de modo que o elemento de redirecionamento 2820 e o substrato de proteção 2822 fiquem angulados um em direção ao outro. O fluido 2824 é introduzido no

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64/78 sistema de proteção 2812 e é forçado através do conduto de entrega 2814 em direção ao elemento de redirecionamento 2820. Pelo menos uma parte e em algumas realizações uma maior parte do fluido é redirecionado pelo elemento de redirecionamento 2820 em direção ao substrato de proteção 2822. Em algumas realizações, o substrato de proteção compreende uma grelha de aberturas 512 ou outros recursos como descritos neste documento. Tipicamente, o elemento de redirecionamento 2820 não inclui a grelha de aberturas. Em algumas realizações, pelo menos um percentual do fluido 2824 geralmente é redirecionado pelo elemento de redirecionamento 2820 em um ângulo oblíquo relativo à superfície do substrato de proteção 2822 e com suficiente força e volume de modo que algum fluido é forçado para dentro das aberturas 512 da grelha em uma taxa para limitar ou impedir dano ao substrato de proteção, similar à proteção descrita acima com outras realizações. Adicionalmente, parte do fluido entregue através do conduto de entrega 2814 é tipicamente passado de volta através do conduto de remoção 2816. Por exemplo, em algumas realizações, aproximadamente 10% do fluido retorna ao longo do conduto de remoção. Mais ou menos fluido pode ser passado de volta através do conduto de remoção dependendo do tamanho do conduto de remoção, da quantidade de fluido entregue, da quantidade de fluido redirecionado e outros fatores semelhantes. Em algumas realizações o conduto de remoção pode ser reposicionado com uma alavanca, barra ou outra estrutura para posicionar o substrato de proteção.

[0161] O sistema de proteção 2812 pode ser substancialmente de qualquer tamanho e é tipicamente configurado relativo ao objeto que está sendo trabalhado. Por exemplo, em algumas realizações, a distância 2914 através de ambos os condutos de entrega e de remoção 2814, 2816 presos na posição pelos registros pode ficar no intervalo de 1 mm a 2 mm (por exemplo,

1,5 mm).

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65/78 [0162] De maneira similar, o diâmetro 2916 do conduto de entrega e/ou do conduto de remoção pode ser de aproximadamente 100 a 1000 micra em algumas realizações. Os diâmetros do conduto de entrega e de remoção, entretanto, não têm que ser iguais e podem ser substancialmente de qualquer tamanho dependendo de muitos fatores, tais como mas não limitados a, o tamanho da área dentro da qual o substrato de proteção 2822 deve ser posicionado, da quantidade de fluido desejado, da intensidade e/ou taxa de pulso do laser, e/ou outros fatores semelhantes. Consequentemente, a distância 2914 através dos dois condutos também varia dependendo da implementação, e pode ser substancialmente qualquer tamanho relevante que se ajuste dentro da cavidade do objeto que está sendo usinado a laser desde que entregue fluido suficiente 2824 e forneça proteção para a superfície interna da cavidade (por exemplo, uma parede traseira).

[0163] O sistema de proteção 2812 é posicionado dentro de um objeto para ser usinado a laser com o substrato de proteção 2822 posicionado de modo que o laser 2912 colida sobre o substrato de proteção 2822 após ter passado através de uma superfície usinada do objeto. Em muitas implementações, o laser 2912 pode adicionalmente colidir sobre e queimar o elemento de redirecionamento 2820. Entretanto, o dano ao elemento de redirecionamento 2820 causado pelo laser tipicamente é mínimo relativo à sua função e não interfere adversamente com a capacidade do elemento de redirecionamento 2820 para redirecionar o fluido 2824 em direção ao substrato de proteção 2822.

[0164] Os registros 2830 a 2832 são afastados ao longo de pelo menos uma parte do comprimento do sistema de proteção 2812. Em algumas realizações, os registros são presos em posicionamentos ao longo dos condutos 2814, 2816, por exemplo, através de epóxi 2840, solda, adesivo, grampo, ou outros materiais ou estruturas semelhantes. Os registros são

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66/78 configurados, em pelo menos algumas realizações, com dimensões para permitir que pelo menos alguns dos registros sejam inseridos no objeto a ser usinado a laser e para auxiliar no posicionamento e manter um posicionamento do substrato de proteção 2822 relativo à superfície do objeto a ser protegido. Adicionalmente, em algumas realizações, os registros 2830 e 2832 adicionalmente mantêm o posicionamento do conduto de entrega 2814 relativo ao conduto de remoção 2816.

[0165] A FIGURA 31 ilustra uma vista de corte parcial simplificada de uma parte do sistema de proteção 2812 da FIGURA 28 posicionada dentro de um objeto exemplificativo 3110 que está sendo usinado a laser (por exemplo, injetor de combustível), de acordo com algumas realizações. A FIGURA 32 mostra uma vista de corte simplificada do sistema de proteção 2812 da FIGURA 31 no eixo geométrico A-A, de acordo com algumas realizações. O posicionamento do substrato de proteção 2822 em muitas realizações é crítica, em parte devido ao tamanho relativamente pequeno do substrato de proteção, do tamanho pequeno do laser que é usado para realizar a usinagem, e em muitos casos do tamanho pequeno do objeto que está sendo usinado a laser e/ou da área ou cavidade dentro da qual o sistema de proteção e substrato de proteção podem ser posicionados. Consequentemente, os registros 2830 a 2832 podem ser configurados para fornecer posicionamento adicional do substrato de proteção 2822 relativo ao objeto 3110 que está sendo usinado a laser. Os registros podem ter substancialmente qualquer configuração e/ou forma dependendo do objeto destinado a ser usinado a laser e da cavidade dentro da qual a proteção deve ser inserida.

[0166] O sistema de proteção 2812 é posicionado, no exemplo das FIGURAS 31 e 32, de modo que o elemento de redirecionamento 2820 e o substrato de proteção 2822 fiquem adjacentes ao objeto 3110 e em alguns casos em contato com a superfície interna do objeto 3110.

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67/78 [0167] Adicionalmente, em algumas implementações, o sistema de proteção 2812 é configurado de modo que as extremidades do substrato de proteção 2822 e/ou do elemento de redirecionamento 2820 destinam-se a contatar o objeto 3110 (por exemplo, em uma grande extremidade 3112) para ajudar no registro e/ou posicionamento do substrato de proteção 2822 dentro da cavidade do objeto.

[0168] Adicionalmente, quando inserido em alguns objetos 3110, a forma e/ou configuração do objeto onde o substrato de proteção é posicionado pode fazer com que o elemento de redirecionamento 2820 e/ou o substrato de proteção 2822 sejam flexionados ou forçados a ficar muito próximos. Consequentemente, em algumas realizações, pode haver muito pouco ou nenhum espaço entre a superfície interna do objeto 3110 e as superfícies externas do elemento de redirecionamento 2820 e/ou do substrato de proteção 2822.

[0169] Adicionalmente, os registros 2830 a 2832 adicionalmente auxiliam no posicionamento do sistema de proteção 2812 e do substrato de proteção 2822 em uma localização desejada relativa ao objeto 3110 que está sendo usinado a laser. Em algumas realizações, um registro adicional pode ser posicionado para assegurar que o substrato de proteção 2822 seja inserido para dentro da cavidade apenas uma profundidade desejada. Outros registros, estruturas ou outros dispositivos de medição semelhantes podem ser usados no posicionamento do sistema de proteção 2812 e do substrato de proteção 2822.

[0170] Como mostrado no exemplo das FIGURAS 31 e 32, o objeto 3110 tem uma configuração cilíndrica com uma seção transversal circular e afunila em direção a um ponto em uma extremidade fechada 3112. A usinagem a laser, nesta implementação, é destinada a ocorrer próxima à extremidade fechada. Nesta configuração, os registros 2830 a 2832 podem ter

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68/78 uma configuração geralmente circular para corresponder à seção transversal geralmente circular. Como mostrado na FIGURA 32, o registro 2830 tem uma circunferência externa geralmente circular 3214 e que envolve os condutos de entrega e remoção 2814, 2816. Novamente, em algumas realizações, a forma dos registros 2830 a 2832 pode ser determinada pela forma da cavidade dentro da qual o sistema de proteção 2812 deve ser inserido. Por exemplo, quando o tamanho da cavidade é relativamente pequeno, a lacuna 3124 pode ser muito pequena (por exemplo, 200 micra ou menos). Em algumas implementações, pode não haver nenhuma parte do registro entre um conduto e a superfície interna do objeto 3110.

[0171] Adicionalmente, em algumas realizações, um ou mais dos registros 2830 a 2832 pode incluir um ou mais cortes 3216, aberturas ou outras estruturas semelhantes, ou ser formado de uma grelha ou outro material poroso. Os cortes 3216 (ou outra estrutura semelhante) permitem que o fluido 2640 passe os registros para sair do objeto 3110 que está sendo usinado a laser. É observado que A FIGURA 32 mostra os condutos de entrega e remoção 2814, 2816 posicionados substancialmente no centro do diâmetro circular do registro 2830. Em outras realizações, entretanto, os condutos de entrega e/ou remoção podem ficar posicionados fora do centro relativos ao registro 2830. Por exemplo, os condutos de entrega e remoção podem ficar posicionados fora do centro e próximos à circunferência externa 3214 do registro 2830 ou mesmo na circunferência externa. Esta configuração, em algumas realizações, pode permitir que o substrato de proteção 2822 seja posicionado adicionalmente a partir do foco do laser 2912, o que reduz a intensidade do laser no substrato de proteção.

[0172] Os registros 2830 a 2832 podem ser construídos substancialmente de quaisquer materiais relevantes que podem ser moldados e/ou trabalhados em uma forma desejada, podem cooperar com os condutos, e

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69/78 podem suportar o fluido e temperaturas resultantes. Por exemplo, em algumas implementações os registros podem ser formados de um metal ou liga de metal, plástico, cerâmica, vidro, silício, ou outro material semelhante ou combinação de materiais.

[0173] Novamente com referência à FIGURA 30, o sistema de proteção 2812 é atarraxado através do canal ou furo 3012 do aparelho de montagem 3010 para ser dirigido para dentro da cavidade do objeto 3110. Em algumas realizações, o aparelho de montagem 3010 inclui adicionalmente um grampo 3014 ou outro dispositivo semelhante para prender o sistema de proteção 2812 em uma posição fixa quando inserido no objeto 3110 em uma localização e/ou profundidade desejada. Como descrito acima, o conduto de entrega 2814 pode incluir um conector de fluido 3016 para acoplar a uma fonte de fluido para fornecer o fluido 2824 dentro do sistema de proteção 2812 e consequentemente da cavidade do objeto 3110 que está sendo usinado a laser. Uma estrutura de montagem 3020 também pode ser incluída para posicionar o aparelho de montagem 3010 relativo a um suporte que prende o objeto 3110 para ser usinado a laser. Em algumas realizações, uma vez que o sistema de proteção 2812 esteja posicionado dentro do objeto 3110 e alinhado relativo ao laser 2912, o objeto 3110 pode ser girado em volta do sistema de proteção 2812 quando o objeto deve ser usinado ou perfurado a laser em múltiplas localizações.

[0174] Consequentemente, o sistema de laser e sistema de proteção do não tem que ser reposicionados.

[0175] Adicionalmente, o sistema de proteção 2812 pode ser reutilizado para várias usinagens a laser (por exemplo, múltiplas perfurações a laser em um único objeto) e tipicamente com vários objetos diferentes (por exemplo, múltiplos objetos com múltiplas perfurações a laser em cada objeto). Existem muitos fatores que afetam a quantidade de vezes que um substrato de

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70/78 proteção 2822 e/ou sistema de proteção 2812 pode ser usado, tal como, mas não limitados a, a intensidade do laser 2912, a distância que o substrato de proteção 2822 fica do foco do laser 2912, os padrões de pulso do laser, a precisão de detecção de penetração do laser através da superfície trabalhada do objeto e outros fatores semelhantes. Na realização de usinagem a laser, a qual em alguns casos pode ser realizada consistente com um ou mais dos processos, métodos e/ou usando os sistemas de controle descritos acima, o laser 2912 é dirigido a uma ou mais localizações desejadas do objeto 3110 (por exemplo, próximo a uma extremidade fechada 3112 do objeto). Uma vez que um orifício 3114 é formado na parede do objeto 3110 o laser entre na cavidade do objeto e pode colidir sobre a parede oposta a ou traseira 3116. O sistema de proteção 2812 é posicionado dentro da cavidade com o substrato de proteção 2822 de modo que o laser 2912 seja incidente sobre o substrato de proteção. Como descrito acima, o fluido 2824 é redirecionado pelo elemento de redirecionamento 2820 para impactar a superfície do substrato de proteção 2822 sobre a qual o laser deve colidir. O fluido pode aumentar a refletividade do substrato de proteção, dissipar o calor provocado pelo laser 2912, restringir a expansão de plasma formado na superfície do substrato de proteção para deste modo ajudar a reduzir o aumento na absorção local de laser, e fornecer outras vantagens.

[0176] Algumas realizações podem incluir adicionalmente uma fonte externa de jato de gás auxiliar 3120, a qual em algumas implementações é coaxial ao laser 2912. A fonte de gás 3120 pode dirigir um fluxo de gás (por exemplo, ar) em direção ao orifício 3114 que está sendo perfurado a laser, o que em parte remove restos durante a usinagem a laser e/ou inibe a entrada de fluido 2824 na cavidade do orifício uma vez perfurado. Em algumas realizações, o sistema de proteção 310 inclui adicionalmente um conduto de gás 340, o qual é configurado para também ser posicionado dentro da cavidade

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318. Adicionalmente, o conduto de fluxo de gás pode ser posicionado relativo a uma parte da cavidade onde o orifício 330 está sendo perfurado. Um gás, tal como ar, oxigênio ou outro gás relevante pode ser dirigido para dentro da cavidade para limitar, e em alguns casos, impedir que o líquido fornecido pelo conduto de entrega 2814 entre no orifício 3114 uma vez formado pela usinagem a laser. Em algumas realizações, o elemento de redirecionamento 2820 fornece proteção adicional contra os fluxos de gás (por exemplo, da fonte externa de jato de gás auxiliar 3120 e/ou de uma fonte interna de jato de gás auxiliar quando presente).

[0177] A FIGURA 33A mostra uma vista de corte simplificada de uma parte de um sistema de proteção de laser 3312, de acordo com algumas realizações. A FIGURA 33B ilustra uma vista de corte parcial simplificada de uma parte do sistema de proteção de laser 3312 da FIGURA 33A posicionada dentro de um objeto exemplificativo 3110 que está sendo usinado a laser, de acordo com algumas realizações. O sistema de proteção 3312 inclui o sistema de proteção 2812 das FIGURAS 28 a 32 e inclui adicionalmente uma fonte interna de jato de gás auxiliar alinhada coaxialmente 3314. Em algumas realizações, a fonte interna de jato de gás auxiliar 3314 compreende um conduto ou tubo com o sistema de proteção 2812 posicionado dentro do tubo. Um gás 3316 (por exemplo, ar, nitrogênio, etc.) é dirigido em volta do sistema de proteção 2812 para ser emitido em uma extremidade 3320 da fonte interna de jato de gás auxiliar 3314 próxima ao elemento de redirecionamento 2820 e ao substrato de proteção 2822. A quantidade de gás fornecida e/ou a pressão na qual o gás é fornecido pode variar dependendo da implementação. Tipicamente, entretanto, a pressão é mantida em um nível para evitar soprar o fluido 2824 para fora do substrato de proteção 2822, ao mesmo tempo em que auxilia a impedir que o fluido entre no orifício 3114 (ou afins) que está sendo perfurado a laser. Em algumas realizações, por exemplo, o gás pode ser

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72/78 fornecido em uma pressão de menos do que 15 psi. Em algumas realizações, este sistema de proteção 3312 pode ser utilizado com o aparelho de montagem 3010 da FIGURA 30, com o suporte de posicionamento 712 da FIGURA 7, e/ou com outro sistema de montagem ou de posicionamento semelhante.

[0178] Em algumas realizações, o sistema de proteção 3312 pode incluir um primeiro conjunto de registros 2830 e 2831 similar aos registros nas FIGURAS 28 e 31 para posicionar a entrega e condutos de remoção relativos ao tubo da fonte interna de jato de gás auxiliar 3314. Algumas realizações incluem adicionalmente um segundo conjunto de registros 3330 e 3331 que são configurados, pelo menos em parte, para posicionar o sistema de proteção 3312 relativo ao objeto 3110 que está sendo usinado a laser. Novamente, o segundo conjunto de registros 3330 e 3331 permite que o gás 3316 passe através de ou em volta os registros. Por exemplo, em algumas realizações, o segundo conjunto de registros 3330 e 3331 pode incluir um ou mais cortes, orifícios, ou outra estrutura semelhante para permitir que o gás passe.

[0179] Novamente, durante a usinagem a laser, o laser 2912 gera o orifício 3114 através da parede do objeto 3110 com o substrato de proteção 2822 posicionado de modo que o laser colida sobre o substrato de proteção. Como descrito acima, o laser pode adicionalmente provocar um orifício no elemento de redirecionamento 2820, mas o substrato de proteção 2822 fornece proteção para a superfície oposta do objeto. O elemento de redirecionamento 2820 continua a redirecionar o fluido ao mesmo tempo em que fornece alguma proteção contra a dispersão adversa pelo gás de quantidades do fluido da superfície do substrato de proteção 2822.

[0180] A FIGURA 34A mostra uma vista de corte simplificada de uma parte de um sistema de proteção de laser 3412, de acordo com algumas realizações. A FIGURA 34B ilustra uma vista de corte parcial simplificada de uma parte do sistema de proteção de laser 3412 da FIGURA 34A posicionado

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73/78 dentro de um objeto exemplificativo que está sendo usinado a laser, de acordo com algumas realizações. O sistema de proteção 3412 inclui um conduto de fluido 3414 que se estende para uma extremidade fechada 3416. Um substrato de proteção 3422 é adicionalmente incluído, e tipicamente posicionado próximo à extremidade fechada 3416. Em algumas realizações, o substrato de proteção 3422 inclui uma grelha de aberturas 512, é poroso e/ou de outra forma permite que o fluido 2824 passe através para o exterior do substrato de proteção. Adicionalmente, em algumas realizações, o substrato de proteção pode ser disposto em um ângulo oblíquo relativo ao conduto 3414 e/ou pode ser dependente do ângulo esperado do laser 2912. O fluido 2824 é fornecido para o interior do conduto 3414 com uma pressão suficiente para provocar o fluxo do fluido para fora do substrato de proteção 3422 através da grelha de aberturas 312.

[0181] Em algumas realizações, o substrato de proteção 3422 é formado em uma tampa 3424 que forma a extremidade fechada e na qual a grelha de orifícios é formada. O substrato de proteção pode ser formado para ficar substancialmente com qualquer ângulo relativo ao conduto 3414, e tipicamente é formado dependendo de um objeto esperado para ser usinado a laser e do ângulo que o laser entra na cavidade. Adicionalmente, em algumas implementações, a espessura do substrato de proteção 3422 pode ser aumentada relativa às dimensões do conduto devido à espessura da tampa 3424. Em algumas realizações, um pode ser formado rebaixo ou cavidade 3426 na tampa 3424 para formar a espessura do substrato de proteção 3422. De maneira similar, em algumas realizações, o ângulo do rebaixo 3426 relativo ao conduto 3414 pode corresponder ao ângulo da superfície externa do substrato de proteção. Em outras realizações, o ângulo do rebaixo 3426 pode desviar do ângulo do substrato de proteção resultando em uma mudança de espessura do substrato de proteção. A tampa e/ou substrato de proteção pode

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74/78 ser formado substancialmente de quaisquer relevantes materiais, tais como aqueles descrito acima. Por exemplo, em algumas realizações, a tampa 3424 e substrato de proteção 3422 podem ser formados de Inconel(R).

[0182] O sistema de proteção 3412 é posicionado dentro de um objeto 3110 para ser usinado a laser em uma posição de modo que o laser 2912 colida sobre o substrato de proteção 3422 e que o fluido 2824 seja emitido através do substrato de proteção. Em algumas realizações, o substrato de proteção 3422 é posicionado em uma distância máxima do foco do laser embora ainda no posicionamento para fornecer proteção para a superfície oposta do objeto 3110. Adicionalmente, em muitas realizações, o diâmetro do conduto 3414 e, portanto, a tampa 3424 podem ser menores do que alguns outros sistemas de proteção. Por exemplo, em algumas realizações, o diâmetro do conduto 3414 pode ser de menos do que 100 micra, e em algumas realizações menos do que 50 micra. Isto pode permitir que o substrato de proteção 3422 seja posicionado, em pelo menos algumas configurações, adicionalmente distante do foco do laser 2912. Algumas realizações incluem adicionalmente um ou mais espaçadores ou registros 2830 e 2831. Novamente, os registros 2830 e 2831 podem fornece precisão no posicionamento do substrato de proteção 3422 relativo à parede do objeto 3110 a ser usinado a laser. Adicionalmente, os registros podem ser configurados com cortes, aberturas ou outra estrutura para permitir que o fluido 2824 saia do objeto 3110.

[0183] A FIGURA 35 mostra uma imagem de um objeto 3110 com dano por laser 3512 como resultado de usinagem a laser realizada sem proteção da parede traseira. A FIGURA 36 mostra uma imagem de um objeto 3110 sem dano à parede traseira após usinagem a laser ter sido realizada ao mesmo tempo em que foi utilizada a proteção da parede traseira de acordo com algumas realizações.

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75/78 [0184] Consequentemente, os sistemas de proteção das presentes realizações fornecem proteção significativa de objetos que estão sendo usinado a laser.

[0185] Uma ou mais das realizações, métodos, processos, abordagens, e/ou técnicas descritos acima ou abaixo podem ser implementados em um ou mais programas de computador executáveis por um sistema baseado em processador. A título de exemplo, este sistema baseado em processador pode compreender o sistema baseado em processador 2510, um computador, etc. Este programa de computador pode ser usado para executar várias etapas e/ou recursos dos métodos, processos e/ou técnicas descritos acima ou abaixo. Ou seja, o programa de computador pode ser adaptado para provocar ou configurar um sistema baseado em processador para executar e realizar as funções descritas acima ou abaixo. Por exemplo, estes programas de computador podem ser usados para implementar qualquer realização das etapas, processos ou técnicas descritos acima ou abaixo para proteger uma superfície da parede traseira de um objeto durante a usinagem a laser. Como outro exemplo, estes programas de computador podem ser usados para implementar qualquer tipo de máquina ou utilitário similar que usa qualquer um ou mais das realizações, métodos, processos, abordagens, e/ou técnicas descritos acima ou abaixo. Em algumas realizações, módulos de código de programa, ciclos, sub-rotinas, etc., dentro do programa de computador podem ser usados para executar várias etapas e/ou recursos dos métodos, processos e/ou técnicas descritos acima ou abaixo. Em algumas realizações, o programa de computador pode ser armazenado ou incorporado em um meio ou mídia de armazenamento ou gravação legível por computador, tal como qualquer dos meios ou mídias de armazenamento ou gravação legíveis por computador descritos neste documento.

[0186] Muitas das unidades funcionais descritas nesta

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76/78 especificação foram rotuladas como sistemas, dispositivos ou módulos, a fim de enfatizar mais particularmente sua independência de implementação. Por exemplo, um sistema pode ser implementado como um circuito de hardware que compreende circuitos VLSI ou conjuntos de portas personalizados, semicondutores de prateleira tais como pastilhas de microcircuitos de lógica, transistores, ou outros componentes discretos. Um sistema também pode ser implementado em dispositivos de hardware programáveis tais como conjuntos de portas programáveis no campo, matriz de lógica programável, dispositivos lógicos programáveis ou afins.

[0187] Os sistemas também podem ser implementados em software para execução por vários tipos de processadores. Um sistema de código executável identificado pode, por exemplo, compreender um ou mais blocos físicos ou lógicos de instruções de computador que podem, por exemplo, ser organizados como um objeto, procedimento ou função. Não obstante, os executáveis de um sistema identificado não precisam ser localizados fisicamente juntos, mas podem compreende instruções diferentes armazenadas em localizações diferentes que, quando unidas logicamente, compreendem o sistema e realizam o propósito definido para o sistema.

[0188] Consequentemente, um sistema de código executável pode ser uma única instrução, ou muitas instruções, e pode mesmo ser distribuído sobre diversos segmentos de código diferentes, entre programas diferentes, e através de diversas memória dispositivos. De maneira similar, os dados operacionais podem ser identificados e ilustrados neste documento dentro de sistemas, e podem ser incorporados em qualquer forma adequada e organizados dentro de qualquer tipo de estrutura de dados adequada. Os dados operacionais podem ser coletados como um único conjunto de dados, ou podem ser distribuídos sobre diferentes localizações incluindo sobre diferentes dispositivos de armazenamento, e podem existir, pelo menos parcialmente,

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77/78 meramente como sinais eletrônicos em um sistema ou rede.

[0189] Algumas realizações fornecem métodos para usinagem a laser que compreendem:

posicionar um substrato de proteção dentro de uma cavidade de um objeto para ser usinado a laser de modo que um pulso de laser que realiza a usinagem a laser seja incidente sobre uma primeira superfície do substrato de proteção quando o pulso de laser passa através de um orifício no objeto e entra na cavidade, e impedir que o pulso de laser colida em uma superfície do objeto através da cavidade do orifício; dirigir um fluido em direção à primeira superfície do substrato de proteção quando o pulso de laser for incidente sobre a primeira superfície; e dirigir pulsos de laser em uma primeira superfície do objeto após posicionar o substrato de proteção dentro da cavidade do objeto. Em algumas implementações, o fluido é substancialmente livre de propriedades de barreira de laser no comprimento de onda dos pulsos de laser no momento da entrega para dentro da cavidade pela fonte de fluido.

[0190] Outras realizações fornecem sistemas para proteger uma parede traseira ou outra superfície de um objeto durante a usinagem a laser. Estes sistemas podem compreender: um sistema de laser configurado para realizar usinagem a laser de um objeto; um sistema de controle que coopera com o sistema de laser; e uma fonte de fluido configurada para ser posicionada relativa a uma cavidade do objeto a ser usinado a laser e para dirigir um fluido para dentro da cavidade do objeto; em que o sistema de controle é configurado para controlar o sistema de laser de modo que o sistema de laser gere uma série de pulsos de laser e para controlar quais da série de pulsos de laser são dirigidos a uma parte do objeto onde deve ser produzido um orifício de modo que menos do que todos os pulsos de laser sejam dirigidos ao objeto onde um sincronismo entre pulsos que são dirigidos ao objeto fornece proteção para uma parede traseira do objeto contra danos que de outra forma seriam

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78/78 provocados por um ou mais dos pulsos de laser dirigidos ao objeto.

[0191] Embora a invenção revelada neste documento tenha sido descrita por meio de realizações, exemplos e aplicações específicos da mesma, várias modificações e variações podem ser feitos aos mesmos por um técnico no assunto sem se afastar do escopo da invenção definido nas reivindicações.

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Claims

Reivindicações

1. MÉTODO PARA PROTEGER UMA SUPERFÍCIE, durante usinagem a laser, caracterizado por compreender dirigir um fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) para dentro de uma cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430) de um objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) que está sendo usinado a laser, onde o fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) não tem propriedades de absorção de laser; e dirigir uma pluralidade de pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) para uma parede (114, 326, 1520) do objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) que está sendo usinado a laser, onde os pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) são configurados para formar um orifício (214, 330, 1518, 2112, 2113, 2212, 2213, 2330, 3114) através da parede (114, 326, 1520) de modo que pelo menos um pulso de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) passe através do orifício e entre na cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430) enquanto o fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) é dirigido para dentro da cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430) de modo que o pulso de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) seja incidente no fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) e em uma superfície juntos a fim de inibir dano a uma parede traseira (120, 332, 1526, 2116, 2216, 2428).
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda,:

posicionar um substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) que tem a superfície dentro da cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430) de modo que o pulso de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) que passa através do orifício (214, 330, 1518, 2112, 2113, 2212, 2213, 2330, 3114) e para dentro da cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426,

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2430) seja incidente sobre a superfície do substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422); e em que o direcionamento do fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) para dentro da cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430) compreende dirigir o fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) para ficar em contato com a superfície do substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) sobre o qual o pulso de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) incide.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o posicionamento do substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) compreende:

posicionar um elemento de redirecionamento de fluido (2820) justaposto ao substrato de proteção (2822); dirigir o fluido (2824) para ficar em contato com a superfície do substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) compreende dirigir o fluido (2824) para colidir sobre o elemento de redirecionamento de fluido (2820), em que pelo menos uma parte do fluido (2824) é redirigida pelo elemento de redirecionamento (2820) para colidir sobre a superfície do substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) em um ângulo oblíquo (416).
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o direcionamento da pluralidade de pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) na parede do objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) compreende:

produzir uma série de pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420); e controlar quais dos pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) são dirigidos ao objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) de modo que menos do que toda a série de pulsos de

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3/8 laser seja dirigida ao objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110).
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender, ainda,:

girar o substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) relativo à direção do pulso de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) de modo que os pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) sejam distribuídos sobre o substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422).
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o direcionamento da pluralidade de pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) à parede do objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) compreende:

produzir uma série de pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420); e controlar quais dos pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) são dirigidos ao objeto de modo que menos do que toda a série de pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) seja dirigida ao objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110).
7. SISTEMA (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412) PARA USO NA PROTEÇÃO DE SUPERFÍCIES durante a usinagem a laser, caracterizado pelo fato de que o sistema (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412) compreende:

um substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) configurado para ser posicionado dentro de uma cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430) de um objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) para ser usinado a laser de modo que um pulso de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) que realiza a usinagem a laser

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4/8 seja incidente sobre o substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) quando o pulso de laser passa através de um orifício (214, 330, 1518, 2112, 2113, 2212, 2213, 2330, 3114) no objeto formado através de usinagem a laser e entre na cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430), onde o pulso de laser é inibido de colidir em uma superfície traseira do objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) através da cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430) do orifício (214, 330, 1518, 2112, 2113, 2212, 2213, 2330, 3114);

uma fonte de fluido (938, 2314, 2414) posicionada relativa ao substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422), onde a fonte de fluido (938, 2314, 2414) é configurada para dirigir um fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) em direção ao substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422).
8. SISTEMA (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) seja livre de propriedades de barreira de laser no momento da entrega para dentro da cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430) pela fonte de fluido (938, 2314, 2414) em comprimentos de onda do pulso de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420).
9. SISTEMA (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) compreenda um ou mais de água, água super-refrigerada, álcool, e nitrogênio líquido.
10. SISTEMA (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma primeira superfície (414, 612, 2616) do substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) seja configurada para ser posicionada em

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5/8 um ângulo oblíquo (416) a uma direção do pulso de laser (212, 324, 1512,

1612, 1613, 2332, 2420) e sobre a qual o pulso de laser (212, 324, 1512, 1612,

1613, 2332, 2420) é incidente.
11. SISTEMA (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) seja posicionado próximo a uma abertura de saída da fonte de fluido (938, 2314, 2414) de modo que o fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) impacte diretamente uma superfície do substrato de proteção na qual o pulso de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) é incidente.
12. SISTEMA (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) compreenda uma grelha de aberturas (512).
13. SISTEMA (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as aberturas (512) da grelha sejam cada uma afunilada (620, 622) ao longo de um eixo geométrico de cada uma das aberturas (512).
14. SISTEMA (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a fonte de fluido (938, 2314, 2414) compreenda um conduto de entrega (2814) de fluido e um elemento de redirecionamento (2820) posicionado relativo a uma extremidade do conduto de entrega de fluido (2814), em que o elemento de redirecionamento (2820) é posicionado justaposto ao substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) e é configurado para redirecionar pelo menos uma parte do fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) para contatar uma superfície do substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) sobre a qual o laser é incidente.

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15. SISTEMA (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender, ainda,:

um ou mais registros (2830, 2831, 2832, 3330, 3331) posicionados sobre pelo menos o conduto de entrega (2814) de fluido, em que o um ou mais registros são configurados para posicionar o substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) relativo à superfície traseira do objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) de modo que o laser colida sobre o substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422).
16. SISTEMA (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender, ainda,:

uma fonte interna de jato de gás auxiliar (3314) posicionada sobre e alinhada coaxialmente a pelo menos uma parte de um comprimento do conduto de entrega (2814) de fluido próxima ao elemento de redirecionamento (2820), em que a fonte interna de jato de gás auxiliar (3314) é configurada para liberar um fluxo de gás (1536) relativo ao orifício (214, 330, 1518, 2112, 2113, 2212, 2213, 2330, 3114) no objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) que está sendo formado através da usinagem a laser.
17. SISTEMA (310, 710, 814, 920, 1814, 2310, 2410, 2610, 2710, 2812, 3412), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) compreenda uma grelha de aberturas (512) em que uma primeira superfície do substrato de proteção (312, 2312, 2412, 2612, 2712, 2822, 3422) sobre a qual o pulso de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) é incidente compreende um ou mais de aberturas, protrusões e rugosidade.
18. MÉTODO PARA USINAGEM A LASER, caracterizado pelo

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7/8 por compreender:

configurar uma fonte de laser relativa a um objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) para ser usinado a laser, onde o objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) para ser usinado tem uma cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430) interna em uma parte do objeto para ser usinado a laser;

controlar a fonte de laser para produzir uma série de pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420);

fornecer um fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) para dentro da cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430) ao mesmo tempo na realização do controle da fonte de laser; e controlar quais dos pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) são dirigidos a uma parte do objeto onde deve ser produzido um orifício (214, 330, 1518, 2112, 2113, 2212, 2213, 2330, 3114) de modo que menos do que todos os pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) sejam dirigidos ao objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) onde um sincronismo entre os pulsos que são dirigidos ao objeto fornece proteção de uma parede traseira (120, 332, 1526, 2116, 2216, 2428) do objeto contra danos que de outra forma seriam provocados por um ou mais dos pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) dirigidos ao objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110).
19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) seja livre de propriedades de barreira de laser em um comprimento de onda dos pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) no momento da entrega para dentro da cavidade (318, 1522, 2118, 2326, 2426, 2430) pela fonte de fluido (938, 2314, 2414).
20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 19,

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8/8 caracterizado pelo fato de que o controle de quais das rajadas (1632, 1633, 1712, 1713, 1714, 1715, 1716, 1717, 1718, 1719, 1720, 1721, 1722, 1723) de pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) são dirigidas à parte do objeto, compreende dirigir uma primeira rajada (1632, 1712) de pulsos de laser ao objeto, impedir que duas ou mais rajadas subsequentes (1714, 1715, 1716, 1717, 1718, 1719, 1720, 1721, 1722, 1723) de pulsos de laser colidam no objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) e dirigir uma segunda rajada (1633, 1713) de pulsos de laser que segue as duas ou mais rajadas subsequentes de pulsos de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420).
21. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o direcionamento da primeira rajada (1632, 1712) de pulsos de laser e a segunda rajada (1633, 1713) de pulsos de laser no objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110) compreenda dirigir a primeira rajada de pulsos de laser e a segunda rajada de pulsos de laser no objeto de modo que seja configurado um sincronismo (1012, 1018) entre a primeira rajada (1632, 1712) de pulsos de laser e a segunda rajada (1633, 1713) de pulsos de laser para permitir que bolhas formadas pela primeira rajada (1632, 1712) de pulsos de laser e próximas a uma superfície interna da parede traseira (120, 332, 1526, 2116, 2216, 2428) do objeto oposta ao orifício (214, 330, 1518, 2112, 2113, 2212, 2213, 2330, 3114) murchem de modo que uma área inteira da superfície da parede traseira sobre a qual o pulso de laser (212, 324, 1512, 1612, 1613, 2332, 2420) colide fique em contato com o fluido (1530, 2316, 2416, 2640, 2824) quando a segunda rajada (1633, 1713) de pulsos de laser for dirigida ao objeto (112, 320, 816, 950, 1510, 1816, 2110, 2210, 2324, 2432, 3110).

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