DE10200144B4 - Method and device for separating a material - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Trennen eines Werkstoffes, wobei
a) ein Anriss an der Werkstoffoberfläche erzeugt wird,
b) vom Anriss mit einem geführten Laserstrahl ein Riss entlang der vorgegebenen Trennlinie gezogen wird, wobei die Wellenlänge des Laserstrahls in einem Bereich ist, in dem die Absorptionslänge in der Größenordnung der Werkstücksdicke liegt,
c) hinter dem Laser eine Sprühdüse geführt wird.Method for separating a material, wherein
a) a crack is produced on the surface of the material,
b) drawing a crack along the predetermined dividing line from the tear with a guided laser beam, the wavelength of the laser beam being in a region in which the absorption length is of the order of magnitude of the workpiece thickness,
c) behind the laser, a spray nozzle is guided.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen eines Werkstoffes.The The present invention relates to a method and an apparatus for separating a material.

Aus DE-C-42 14 159 ist ein Verfahren zum Erzeugen von Bruchspannungen im Glas bekannt, wobei die Bruchspannung durch Bestrahlung des Glases entlang der Trennlinie in einer Breite von höchstens 0,15 mm mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung einer Leistungsdichte von mindestens 10 kW/mm2 und Aufheizzeiten kleiner als 125 ms in einem Wellenlängenbereich erfolgt, in dem die Absorptionslänge der Strahlung in der Größenordnung der Werkstücksdicke liegt. Bei diesem Verfahren wird eine Schnittstelle erhalten, die nicht immer den geforderten Anforderungen entspricht.From DE-C-42 14 159 a method for generating breaking stresses in the glass is known, wherein the breaking stress by irradiation of the glass along the parting line in a width of at most 0.15 mm with high-energy electromagnetic radiation of a power density of at least 10 kW / mm 2 and heating times is less than 125 ms in a wavelength range in which the absorption length of the radiation is in the order of magnitude of the workpiece thickness. In this method, an interface is obtained, which does not always meet the required requirements.

Aus DE-A-44 05 203 ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Glas, Kunststoff, Halbleitern, Holz oder Keramik mittels Laserbestrahlung bekannt, wobei ein, aus einem dieser Stoffe bestehendes und zu bearbeitendes Werkstückteil mit einem Laserstrahl beaufschlagt und dadurch die Beschaffenheit des Werkstückteiles verändert wird und wobei eine Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von etwa 1,4 μm bis 3,0 μm verwendet wird. Die Abtragung erfolgt durch einen thermo-mechanischen Effekt, in dem der zu bearbeitende Stoff durch die Wirkung der Laserstrahlung lokal sehr stark aufgeheizt wird, so dass es zu sogenannten Mikroexplosionen kommt. Bei diesem Verfahren wird eine raue Bruchkante mit Splitern erhalten.Out DE-A-44 05 203 is a method for processing glass, plastic, Semiconductors, wood or ceramics known by laser irradiation, one consisting of one of these substances and to be processed Workpiece part subjected to a laser beam and thereby the texture of the workpiece part changed is and wherein a laser radiation having a wavelength of about 1.4 μm up 3.0 μm used becomes. The removal takes place by a thermo-mechanical effect, in which the substance to be processed by the action of the laser radiation locally heated very strongly, making it so-called micro-explosions comes. In this method, a rough fracture edge with splitters is obtained.

In DE 44 11 037 A1 wird ein Verfahren zum Trennen von Hohlglas beschrieben, bei dem die Außenfläche entlang der gesamten Trennlinie mit einem mit hoher Relativgeschwindigkeit bewegten Laserstrahl gleichmäßig erhitzt wird. Nach dem vollständigen Einbringen der Spannungszone wird gekühlt. Spontan und unabhängig von der Geschwindigkeit des Laserstrahls breitet sich ein Riss aus.In DE 44 11 037 A1 describes a method for separating hollow glass, in which the outer surface is uniformly heated along the entire parting line with a laser beam moved at high relative speed. After the complete introduction of the stress zone is cooled. Spontaneously and independently of the speed of the laser beam, a crack spreads.

Aus US 5,609,284 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem entlang der gewünschten Bruchfläche eine Risszone erzeugt wird. Dazu wird die Oberfläche eines Werkstücks aufgeheizt, was jedoch die möglichen Temperaturgradienten und Prozesszeiten beschränkt.Out US 5,609,284 A For example, a method is known in which a crack zone is created along the desired fracture surface. For this purpose, the surface of a workpiece is heated, but this limits the possible temperature gradients and process times.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein wirtschaftliches und umweltfreundliches Verfahren zum Trennen von Werkstoffen bereitzustellen, wobei eine splitterfreie gezogene Trennlinie mit beliebiger Kontur erzeugt wird.The Object of the present invention is an economical and to provide an environmentally friendly method of separating materials where a splinter-free drawn dividing line with any contour is produced.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Trennen eines Werkstoffes mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The Object of the present invention is achieved by a method for Separating a material with the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, dass beliebige Konturen mit hoher Präzision geschnitten werden können. Konturen mit kleinem Krümmungsradius können dabei besonders vorteilhaft geschnitten werden. Der Schnitt ist in hohem Maße frei von Splittern.The inventive method is that any contours are cut with high precision can be. Contours with a small radius of curvature can be cut particularly advantageous. The cut is to a great extent free of splinters.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Bestrahlung des Werkstoffes in einer Breite von höchstens 1 mm, bevorzugt höchsten 0.3 mm, erfolgt. Die Spannungszone ist schärfer und intensiver und in Folge dessen ist der Schnitt präziser als bei herkömmlichen Verfahren.A preferred embodiment of the present invention is a method wherein the irradiation of the material in a width of at most 1 mm, preferably highest 0.3 mm, takes place. The tension zone is sharper and more intense and in consequence this is the cut more precise as with conventional Method.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Bestrahlung des Werkstoffes mit einer Leistungsdichte von mindestens 100 W/cm2 erfolgt. Bei diesen Leistungsdichten liegt die maximale Temperatur im Werkstück unterhalb der Transformationstemperaturen. Dadurch werden nur temporäre Spannungen und keine permanenten Spannungen erzeugt.A preferred embodiment of the present invention is a method wherein the irradiation of the material takes place with a power density of at least 100 W / cm 2 . At these power densities, the maximum temperature in the workpiece is below the transformation temperatures. As a result, only temporary voltages and no permanent voltages are generated.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Geschwindigkeit des Laserstrahles bei > 1 mm/s, bevorzugt > 50 mm/s, liegt. Bei dieser Geschwindigkeit verbreitert sich das Wärmeprofil langsam. Es wird ein technisch guter Schnitt erhalten.A preferred embodiment of the present invention is a method wherein the speed of the laser beam is> 1 mm / s, preferably> 50 mm / s. Broadened at this speed the heat profile slowly. It will get a technically good cut.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei der Focus des Lasers etwa in der Mitte des Werkstücks liegt. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass der Bereich mit der höchsten Temperatur und damit die Druckspannungszone im Inneren des Werkstückes liegt. Sehr vorteilhaft wirkt sich dabei aus, dass die für das Wachstum des Risses notwendigen Rissspannungen an der Werkstoffoberfläche oder im Rissgrund liegen.A preferred embodiment of the present invention is a method wherein the focus of the laser is approximately in the middle of the workpiece. Of the Advantage of the method according to the invention lies in the fact that the area with the highest temperature and thus the compressive stress zone lies inside the workpiece. Very advantageous has the effect that the for the growth of the crack necessary cracking stresses on the material surface or lying in the cracking ground.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei hinter dem Laser eine Sprühdüse geführt wird. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, dass die durch das Laser-Temperaturprofil erzeugte Spannungen, verstärkt werden. Dadurch wird eine vorteilhafte Erhöhung der Geschwindigkeit des Trennverfahrens erreicht.A preferred embodiment of the present invention is a method wherein behind the laser, a spray nozzle is guided. The advantage of this embodiment according to the invention is that the voltages generated by the laser temperature profile, reinforced become. This will result in a beneficial increase in the speed of the Separation process achieved.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei der Werkstoff vor der Trennung entlang der Trennlinie vorgeheizt wird. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, dass die, durch das Laser-Temperaturprofil erzeugten Spannungen verstärkt werden. Dadurch wird eine vorteilhafte Erhöhung der Geschwindigkeit des Trennverfahrens erreicht.Another preferred embodiment of the present invention is a method wherein the material is preheated prior to separation along the parting line. The advantage of this embodiment according to the invention is that the, by the Laser temperature profile generated voltages are amplified. This achieves an advantageous increase in the speed of the separation process.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Trennen eines Werkstoffes mit einem Laser mit einer Absorptionslänge in der Größenordnung der Werkstücksdicke und einer Bestrahlung des Werkstoffes in einer Breite von höchstens 1 mm, bevorzugt höchsten 0.3 mm, vorgesehen. Mit dem erfindungsgemäßen Laser werden sehr gute beliebige Konturen mit hoher Präzision erhalten. Konturen mit kleinem Krümmungsradius können besonders vorteilhaft geschnitten werden. Der Schnitt ist in hohem Maße frei von Splittern.According to the invention is a Device for separating a material with a laser having an absorption length in the Magnitude the workpiece thickness and irradiation of the material in a width of at most 1 mm, preferably highest 0.3 mm, provided. With the laser according to the invention are very good any contours with high precision receive. Contours with a small radius of curvature can be especially be cut advantageous. The cut is largely free of Splinters.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einer Leistungsdichte von mindestens 100 W/cm2. Mit dem erfindungsgemäßen Laser wird bei diesen Leistungsdichten die maximale Temperatur im Werkstück unterhalb der Transformationstemperaturen erreicht. Dadurch werden nur temporäre Spannungen und keine permanenten Spannungen erzeugt.A preferred embodiment of the invention is a device with a power density of at least 100 W / cm 2 . With the laser according to the invention, the maximum temperature in the workpiece below the transformation temperatures is achieved at these power densities. As a result, only temporary voltages and no permanent voltages are generated.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit des Laserstrahles von > 1 mm/s, bevorzugt > 50 mm/s, liegt. Bei dieser Geschwindigkeit verbreitert sich das Wärmeprofil langsam. Es wird ein technisch guter Schnitt erhalten.A preferred embodiment of the invention is a device with a speed of the laser beam of> 1 mm / s, preferably> 50 mm / s, is located. At this speed the heat profile widens slowly. It will get a technically good cut.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung mit Laser, Laseroptik, Sprühdüse, Heizvorrichtung, x-y-φ-Positioniervorrichtung und Spülluftanschluss verwendet.According to the invention is a Device with laser, laser optics, spray nozzle, heater, x-y-φ positioning device and purge air connection used.

Erfindungsgemäß ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trennen eines Werkstoffes, wie Glas, Keramik und Kunststoff, insbesondere Flachglas, Glasrohren und Glasstangen vorgesehen.According to the invention Use of the device according to the invention for separating a material, such as glass, ceramic and plastic, especially flat glass, glass tubes and glass rods provided.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to a drawing.

Zeichnungdrawing

Die Zeichnung besteht aus 1. 1 zeigt einen Laser (1 ), eine Laseroptik (2), Sprühdüse (3), Heizvorrichtung (4), Werkstück (5), x-y-φ-Positioniervorrichtung oder Verfahrenseinheit (6) und Spülluftanschluss (7) sowie einen Riss (8). Das Werkstück (5) wird unter dem Laser (1) geführt. Im Werkstück (5) wird ein Riss (8) anhand der Führung des Lasers (1) in das Werkstück (5) geschnitten.The drawing consists of 1 , 1 shows a laser ( 1 ), a laser optics ( 2 ), Spray nozzle ( 3 ), Heating device ( 4 ), Workpiece ( 5 ), xy-φ positioning device or process unit ( 6 ) and purge air connection ( 7 ) as well as a crack ( 8th ). The workpiece ( 5 ) is under the laser ( 1 ) guided. In the workpiece ( 5 ) becomes a crack ( 8th ) based on the guidance of the laser ( 1 ) in the workpiece ( 5 ) cut.

Claims (7)

Verfahren zum Trennen eines Werkstoffes, wobei a) ein Anriss an der Werkstoffoberfläche erzeugt wird, b) vom Anriss mit einem geführten Laserstrahl ein Riss entlang der vorgegebenen Trennlinie gezogen wird, wobei die Wellenlänge des Laserstrahls in einem Bereich ist, in dem die Absorptionslänge in der Größenordnung der Werkstücksdicke liegt, c) hinter dem Laser eine Sprühdüse geführt wird.Method for separating a material, wherein a) a crack is produced on the surface of the material, b) from Crack with a guided Laser beam pulls a crack along the given dividing line, where the wavelength of the laser beam is in a range in which the absorption length is of the order of magnitude the workpiece thickness lies, c) behind the laser, a spray nozzle is guided. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestrahlung des Werkstoffes in einer Breite von höchstens 1 mm, bevorzugt höchstens 0,3 mm, erfolgt.The method of claim 1, wherein the irradiation of the material in a width of at most 1 mm, preferably at most 0.3 mm, takes place. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bestrahlung des Werkstoffes mit einer Leistungsdichte von mindestens 100 W/cm2 erfolgt.Method according to claim 1 or 2, wherein the irradiation of the material takes place with a power density of at least 100 W / cm 2 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Geschwindigkeit des Laserstrahles bei > 1 mm/s, bevorzugt > 50 mm/s, liegt.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the speed of the laser beam at> 1 mm / s, preferably> 50 mm / s, lies. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Fokus des Lasers etwa in der Mitte des Werkstücks liegt.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the focus of the laser is approximately in the middle of the workpiece. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Werkstoff vor der Trennung entlang der Trennlinie vorgeheizt wird.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the material is preheated before separation along the parting line. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Werkstoff aus Glas, insbesondere Flachglas, Glasrohr, Glasstangen, Keramik oder Kunststoff getrennt wird.Method according to one of claims 1 to 6, wherein a material of glass, in particular flat glass, glass tube, glass rods, ceramics or plastic is separated.
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