DE102005007792A1

DE102005007792A1 - Verfahren und Einrichtung zum Auftragsschweissen von Schichten aus Partikeln mit einer Korngrösse kleiner 20µm auf Substrate

Info

Publication number: DE102005007792A1
Application number: DE102005007792A
Authority: DE
Inventors: Robby Ebert; Horst Prof. Exner; Lars Hartwig; Sascha KLÖTZER; Peter Dr. Regenfuß
Original assignee: LASERINSTITUT MITTELSACHSEN E; LASERINSTITUT MITTELSACHSEN EV
Current assignee: LIM LASERINSTITUT MITTELSACHSEN GMBH, 09648 MI, DE
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: DE102005007792B4

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Auftragsschweißen von Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20 mum auf Substrate mit Laserstrahlen eines kurz gepulsten Lasers unter Normalbedingungen. DOLLAR A Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Schichten dünn und in hoher Auflösung aufgebracht werden können. DOLLAR A Dazu werden Partikel hinter wenigstens einem optisch dichten Vorhang aus Borsten als eine die Umgebung sowohl vor den Partikeln als auch der Laserstrahlung schützende Einrichtung an einer Vorrichtung, bestehend aus einer Austrittsdüse für Partikel und die Laserstrahlen des kurz gepulsten Lasers auskoppelnde und auf einen Bereich der Oberfläche des Substrates richtende Optik, wenigstens bereichsweise auf das Substrat aufgebracht. DOLLAR A Nach dem Aufbringen oder während des Aufbringens von Partikeln auf das Substrat werden Bereiche mit kurz gepulsten Laserstrahlen beaufschlagt. Dabei verdampfen Partikel teilweise, wobei ein Rückstoßeffekt entsteht, der zur Verkleinerung der Zwischenräume benachbarter Partikel führt. Damit wird eine gute Haftung erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Auftragsschweißen von Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20μm auf Substrate mit Laserstrahlen eines kurz gepulsten Lasers unter Normalbedingungen.

Die Druckschrift WO 1997/004914 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zum Aufbringen eines Pulvers auf eine Werkstückoberfläche und das Bearbeiten dieser aufgebrachten Schicht aus Pulverpartikeln mit einem gepulsten Laser mit großer Pulsenergie und großer Laserleistung, so dass ein Pulverauftragsschweißen vorhanden ist. Die Partikelgröße des Pulvers ist aus dieser Druckschrift nicht bekannt. Es wird darauf hingewiesen, dass eine 1,0mm dicke Schicht bei 8,1 mm²/s auf der Werkstückoberfläche erzeugbar ist. Der Prozess läuft unter einer Schutzgasatmosphäre ab. Mit der Nutzung dieses Verfahrens und dieser Einrichtung sind keine großen Auflösungen möglich.

Durch die Druckschrift DE 196 22 471 C2 (Verfahren und Vorrichtung zum Synchronbeschichten mit einer Bearbeitungsoptik zur Laseroberflächenbearbeitung) ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, mit denen direkt an einer entsprechend gestalteten Bearbeitungsoptik die wesentlichen Größen Scanningfigur, Vorschubgeschwindigkeit und Schwingverhalten der Pulverdüse derart miteinander abgestimmt werden, dass einzelne Beschichtungsspuren orthogonal zur Beschichtungsrichtung erzeugt werden können und einen hohen Pulverausnutzungsgrad gewährleisten. Dazu ist die Pulverauftragsdüse beweglich ausgebildet und wird synchron mit dem Schwingspiegel orthogonal zur Vorschubrichtung des Werkstücks pendelnd über die Werkstückoberfläche geführt. Weiterhin wird der Energieeintrag durch Veränderung der Pendelgeschwindigkeit verändert. Das Bearbeitungsfeld besitzt eine maximale Fläche von 5 × 20mm². Für sehr kleine Partikel ist diese Vorrichtung nicht geeignet, die Partikel werden über eine Schneckenförderung zur Pulverdüse transportiert.

Der in den Patentansprüchen 1 und 7 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20μm unter Normalbedingungen auf Substrate aufzubringen.

Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 und 7 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die Verfahren und Einrichtungen zum Auftragsschweißen von Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20μm auf Substrate mit Laserstrahlen eines kurz gepulsten Lasers unter Normalbedingungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Schichten dünn und in hoher Auflösung aufgebracht werden können. Damit sind Schichtdicken kleiner 50μm und Auflösungen kleiner 100μm je nach verwendeter Partikelgröße, Laserstrahlfokusdurchmesser, Wellenlänge und Pulsenergie/Pulszeit realisierbar.

Dazu werden Partikel hinter wenigstens einem optisch dichten Vorhang aus Borsten als eine die Umgebung sowohl vor den Partikeln als auch der Laserstrahlung schützende Einrichtung an einer Vorrichtung bestehend aus Austrittsdüse für Partikel und die Laserstrahlen des kurz gepulsten Lasers auskoppelnde und auf einen Bereich der Oberfläche des Substrates richtende Optik wenigstens bereichsweise auf das Substrat aufgebracht.

Nach dem Aufbringen oder während des Aufbringens von Partikeln auf das Substrat werden Bereiche mit Partikeln mit kurz gepulsten Laserstrahlen beaufschlagt. Dabei verdampfen Partikel teilweise, wobei ein Rückstoßeffekt entsteht, der zur Verkleinerung der Zwischenräume benachbarter Partikel führt. Mit diesen Merkmalen wird eine gute Haftung der Schicht auf dem Substrat oder einer zuvor erzeugten Schicht erzielt. Es wird eine hohe geometrische Auflösung erreicht. Durch das Wirken der gepulsten Laserstrahlen erfolgt weiterhin eine Verbindung von Partikeln sowohl untereinander als auch entweder mit dem Substrat oder wenigstens einer auf dem Substrat vorhandenen Schicht geschweißter Partikel. Die Verbindungen basieren auf Punktschweißen. Durch eine stochastische Verteilung der Schweißpunkte ist ein geringer Verzug des Substrates vorhanden.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass ein geringer Energieeintrag in das Substrat vorhanden ist.

Dabei werden vorteilhafterweise sukzessive jeweils eine Schicht aufgebracht und mit dem kurz gepulsten Laserstrahl beaufschlagt, so dass geschlossene Schichten, Linien, Punktraster und/oder dreidimensionale Strukturen auf dem Substrat erzeugt werden. Dadurch können sowohl leicht und einfach Körper erzeugt als auch geschlossene Schichten, Linien, Punkte und dreidimensionale Konturen auf einem Substrat leicht realisiert werden.

Die Einrichtungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass dünne Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20 μm auf Substrate mit geführten Laserstrahlen eines gepulsten Lasers unter Normalbedingungen einfach und sicher aufgebracht werden können. Die Austrittsdüse für Partikel und eine die Laserstrahlen des gepulsten Lasers auskoppelnde und auf den Bereich der Oberfläche mit den aufgebrachten Partikeln richtende Optik befinden sich vorteilhafterweise an einer verfahrbaren Anordnung. Damit ist ein kompakter Aufbau gegeben, der gekoppelt mit der verfahrbaren Anordnung leicht über dem Substrat bewegt werden kann, wobei sowohl die Austrittsdüse als auch die Optik gleichzeitig verfahrbar sind. Ein optisch dichter Vorhang aus Borsten entweder an der Vorrichtung oder an einer vertikal geführten Verfahreinrichtung stellt vorteilhafterweise den Schutz der Umgebung vor Laserstrahlung und vor für den menschlichen Organismus gefährlichen Partikeln dar.

Weiterhin sind der Laser und die verfahrbare Anordnung mit der Steuereinrichtung verbunden, so dass eine kompakte Einrichtung vorhanden ist. Die Steuerung gewährleistet, dass der optisch dichte Vorhang auch bei vertikaler Bewegung der Vorrichtung oder des Substrates durch eine entsprechende Mitbewegung korrekt positioniert ist und somit sicher wirkt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 und 7 bis 16 angegeben.

Mit einem kurz gepulsten Laserstrahl mit einem Fokus kleiner/gleich 100μm und einer Pulszeit kleiner/gleich 1 μs nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 sind hohe geometrische Auflösungen und geringe Schichtdicken erreichbar.

Die Weiterbildungen der Patentansprüche 3 und 4, wobei die Partikel zeitlich getaktet auf das Substrat aufgebracht oder die Partikel mit dem Laserpuls synchronisiert auf das Substrat aufgebracht werden, ergeben eine sehr ökonomische Nutzung der Partikel des Pulvers.

Das nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 wirkende elektrische Feld führt vorteilhafterweise dazu, dass dielektrische Partikel auf dem Substrat fest platziert und gleichzeitig über die wirkende Kraft auf die Oberfläche des Substrates gedrückt werden. Das können sowohl alle Partikel als auch nur eine Anzahl von Partikeln des Bereiches sein.

Die Weiterbildung nach Patentanspruch 6, wobei durch die Einwirkung eines ultrakurz gepulsten Laserstrahles die Partikel mittels Lichtdruck zum Bereich beschleunigt werden, bewirkt vorteilhafterweise eine Beschleunigung der Partikel in Richtung Laserstrahlfokus und damit eine gute Haftung auf dem Substrat und eine hohe geometrische Auflösung.

Ein optisch dichter Vorhang aus elektrostatisch anziehend wirkenden Borsten nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 stellt vorteilhafterweise den Schutz vor für den menschlichen Organismus gefährlichen dielektrischen Partikel dar.

Ein Festkörperlaser als gepulster Laser mit einem Wellenlängenbereich größer/gleich 200nm und gleichkleiner 1500nm und mit einer Leistung kleiner 200W nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 stellt eine einfache Realisierung bei gleichzeitig hohen erzielbaren Auflösungen dar.

Eine Scanneroptik als Optik nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 ermöglicht vorteilhafterweise eine schnelle Strahlablenkung. Damit kann auch leicht eine stochastische Verteilung der Punktschweißungen erreicht werden.

Eine Integration einer Ablenkscheibe für die Laserstrahlen des gepulsten Lasers in die Optik nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 ermöglicht eine einfache Strahlablenkung.

Eine Kopplung der Ablenkscheibe an zwei über Zufallsgeneratoren angesteuerte translatorische Motore nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 ermöglicht eine stochastische Verteilung der Punktschweißungen und führt vorteilhafterweise zu geringen Energieeinträgen in das Substrat.

Die Ausgestaltung der Austrittsdüse nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13, wobei die Breite des austretenden Partikelstromes gleich oder kleiner der durch entweder die Scanneroptik oder die Optik mit Ablenkscheibe bestrahlbare Fläche ist, stellt die Pulverzufuhr bei schneller Strahlablenkung sicher.

Die Weiterbildung des Patentanspruchs 14, wobei in Bewegungsrichtung nach der Austrittsdüse eine Saugdüse an der über dem Substrat angeordneten Vorrichtung angeordnet und diese Saugdüse über ein Leitungs-, Filtersystem und einer Saugvorrichtung mit den Vorratsbehälter verbunden ist, erlaubt eine sehr ökonomische Arbeitsweise.

Mit der Weiterbildung des Patentanspruchs 15, wobei die Austrittsdüse für Partikel gleichzeitig eine Elektrode ist oder mit einer Elektrode versehen ist und die Elektrode und entweder das Substrat oder ein Träger für das Substrat direkt oder über die Steuereinrichtung mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden sind, können dielektrische Partikel vorteilhafterweise zum Substrat beschleunigt werden.

Günstige Ausgestaltungen für das Taktelement sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 16 ein Piezoventil oder eine Ultraschall-Wanderwellen-Transportvorrichtung oder eine getaktete durch anharmonische Ultraschallwellen angetriebene Pumpeinrichtung. Diese Ausgestaltungen erlauben eine ökonomisch vorteilhafte Taktung des Partikelflusses mit einer vergleichsweise hohen Frequenz.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt.
Dazu zeigen:
1 eine Einrichtung zum Auftragsschweißen von dünnen Schichten,
2 eine Einrichtung zum Auftragsschweißen von dünnen Schichten mit einem elektrischen Feld und
3 eine Einrichtung zum Auftragsschweißen von dünnen Schichten mit einer Absaugung.
Verfahren und Einrichtungen zum Auftragsschweißen von Schichten 2 aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20μm auf Substrate 1 werden nachfolgend zusammen näher beschrieben.
Eine Einrichtung zum Auftragsschweißen von dünnen Schichten 2 aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20 μm auf Substrate 1 mit geführten Laserstrahlen eines gepulsten Lasers 3 unter Normalbedingungen besteht im wesentlichen aus dem gepulsten Laser 3, dem Substrat 1, einer Vorrichtung mit einer Austrittsdüse 4 und einer die Laserstrahlen des kurz gepulsten Lasers 3 auskoppelnde und auf den Bereich der Oberfläche des Substrates 1 mit aufgebrachten Partikeln richtende Optik 5, einem Vorratsbehälter 7 für Partikel, einem Taktelement 6 und einer Steuereinrichtung.
Die 1 zeigt eine Einrichtung zum Auftragsschweißen von dünnen Schichten 2 in einer prinzipiellen Darstellung.
Die Austrittsdüse 4 ist über eine Schlauchleitung und mit oder dem Taktelement 6 mit dem Vorratsbehälter 7 für Partikel verbunden, so dass Partikel zeitlich getaktet aus dem Vorratsbehälter 7 auf die Oberfläche des Substrates 1 gelangen. Die die Laserstrahlen des kurz gepulsten Lasers 3 auskoppelnde und auf den Bereich der Oberfläche des Substrates 1 mit aufgebrachten Partikeln richtende Optik 5 ist mit der Vorrichtung so verbunden, dass die gepulsten Laserstrahlen auf aufgebrachte Partikel treffen. Die Optik 5 ist entweder eine Scanneroptik oder in die Optik ist eine Ablenkscheibe für die Laserstrahlen des gepulsten Lasers 3 integriert. In einer Ausführungsform der Ablenkscheibe ist diese an über Zufallsgeneratoren angesteuerte translatorische Motore gekoppelt. Derartige Motore sind bekannte translatorisch wirkende Piezomotore.
Die Austrittsdüse 4 ist so ausgestaltet, dass die Breite des austretenden Partikelstromes gleich oder kleiner der durch entweder die Scanneroptik oder die Optik mit Ablenkscheibe bestrahlbaren Fläche ist. Für den gesundheitlichen Schutz vor den Partikeln und den Laserstrahlen befindet sich entweder an der Vorrichtung oder an einer vertikal geführten Verfahreinrichtung mindestens ein optisch dichter Vorhang aus Borsten.
Das Taktelement 6 kann in einer Ausführungsform auch ein Bestandteil der Austrittsdüse 4 sein, wobei eine schaltbare Piezo-Mikrodüse realisiert ist. Mit einer derartigen Realisierung können Frequenzen bis 20kHz erzielt werden. In einer weiteren Ausführungsform des Taktelementes 6 kann dieses auch als Ultraschall-Wanderwellen-Transportelement mit integrierter Austrittsdüse 4 ausgeführt sein. Dies bietet den Vorteil, dass für den Transport der Partikel kein Gas notwendig ist. Die eingesetzten Frequenzen liegen zwischen 20kHz und 100kHz. Mit Hilfe der Steuereinrichtung wird der Laser 3 in Frequenz und Phase auf das Taktelement 6 abgestimmt. In einer weiteren Ausführungsform des Taktelementes 6 können die Parikel mit einer durch anharmonische Ultraschallwellen (Stoßwellen) im Frequenzbereich von 100kHz bis 20MHz angetriebenen getakteten Pumpeinrichtung unter Verwendung eines Transportgases transportiert werden.
Partikel des Bereiches werden während oder unmittelbar nach dem Aufbringen mit kurz gepulsten Laserstrahlen so beaufschlagt, dass ein geringer Teil der Partikel unter Ausbildung eines Rückstoßeffektes verdampft und dass der weitaus größte Teil der Partikel durch Punktschweißen sowohl entweder mit der Oberfläche des Substrates 1 oder wenigstens einer Schicht aus Partikeln auf dem Substrat 1 als auch miteinander unter Bildung einer bereichsweisen Schicht verbunden werden. Der gepulste Laser 3 ist ein Festkörperlaser im Wellenlängenbereich größer/gleich 200nm und gleichkleiner 1500nm und einer Leistung kleiner 200W. Der kurz gepulste Laserstrahl weist einen Fokus kleiner/gleich 100μm und eine Pulszeit kleiner/gleich 1μs auf.
Die Vorrichtung bestehend aus Austrittsdüse 4 für Partikel und die Laserstrahlen des gepulsten Lasers 3 auskoppelnde und auf den Bereich der Oberfläche des Substrates 1 mit aufgebrachten Partikeln richtende Optik 5 und/oder das Substrat sind mit einer gegenüber der Oberfläche des Substrates 1 wenigstens in einer Ebene vertikal verfahrbaren Anordnung 8 gekoppelt. Der Laser 3, das Taktelement 6 und die wenigstens eine verfahrbare Anordnung 8 sind mit der Steuereinrichtung vorzugsweise als Computer zusammengeschaltet.
In einer Ausführungsform des Ausführungsbeispiels ist die Austrittsdüse 4 selbst eine Elektrode oder eine Elektrode ist mit der Vorrichtung jeweils als erste Elektrode in Form eines Stabes oder einer Platte verbunden. Eine zweite Elektrode ist entweder das Substrat 1 selbst (Darstellung in der 2) oder ein Träger für das Substrat. Diese Elektroden sind über die Steuereinrichtung mit einer elektrischen Spannungsquelle U zusammengeschaltet. Die Steuereinrichtung ist vorteilhafterweise eine Datenverarbeitungseinrichtung insbesondere ein Com puter. Wenigstens der Bereich entweder für aufzubringende dielektrische Partikel oder mit aufgebrachten dielektrischen Partikeln kann dadurch mit einem elektrischen Feld beaufschlagt werden, wobei dielektrische Partikel durch das wirkende elektrische Feld als Kraft auf die Oberfläche des Substrates 1 gedrückt werden.
Für den gesundheitlichen Schutz vor dielektrischen Partikeln kann in einer weiteren Ausführungsform des Ausführungsbeispiels der Vorhang aus elektrostatisch anziehend wirkenden Borsten bestehen.
In einer weiteren Ausführungsform kann in Bewegungsrichtung nach der Austrittsdüse 4 eine Saugdüse 9 an der über dem Substrat 1 angeordneten Vorrichtung angeordnet und diese Saugdüse 9 über ein Leitungs-, Filtersystem 10 und Saugvorrichtung 11 mit dem Vorratsbehälter 7 verbunden sein (Darstellung in der 3). Dadurch können die nicht geschweißten Partikel vom Substrat 1 entfernt und wieder benutzt werden.
Die Einrichtung kann dabei entsprechend den nachfolgenden Ausführungsformen ausgestaltet sein.
Die Vorrichtung wenigstens mit der Austrittsdüse 4 und der Optik 5 kann an einem Miniaturroboter für eine Bewegung in der Ebene über dem Substrat 1 und in vertikaler Richtung gekoppelt sein. Der Laser 3 ist ein gepulster Faserlaser mit einer Leistung von 50W. Der Fokus beträgt 50μm. Damit können auch dreidimensionale Bauteile hergestellt werden. Das können zum Beispiel beliebig geformte Röhrchen mit einer Wandstärke von ca. 80μm auch mit unsymmetrischem Querschnitt sein.
Die Vorrichtung kann auch an eine bekannte Portalanlage gekoppelt sein. Der Laser 3 ist ein gütegeschalteter Nd: YAG-Laser mit einer Leistung von 3 W. Der Fokus beträgt 15 μm. Dadurch können insbesondere auch erhabene Mikrostrukturen auf großen Werkzeugen mit einer Strukturbreite bis minimal 20μm bei einer Strukturhöhe bis maximal 100μm realisiert werden. Als Optik 5 kann dabei vorteilhafterweise die Optik mit einer Ablenkscheibe eingesetzt werden, so dass ein großer Bereich mit den gepulsten Laserstrahlen beaufschlagt werden kann. Für größere Strukturbreiten kann eine Breitstrahldüse für die aufzubringenden Partikel eingesetzt werden.
Für erhabene Mikrostrukturen auf mikrosystemtechnischen Bauteilen befindet sich die Vorrichtung an einem kleinen Portal. Der Laser 3 ist ein ultrakurz gepulster Femtosekundenlaser mit einer Frequenz von größer/gleich 2MHz und einer Leistung von größer/gleich 10W. Das Taktelement 6 ist auf Durchgang geschaltet. Die Partikel gelangen kontinuierlich über eine Mikrodüse als Austrittsdüse 4 auf das Substrat 1. Dadurch können Strukturbreiten bis minimal 5μm und Strukturhöhen bis maximal 10μm erzielt werden.
Zur Erzeugung von Mikroleitbahnen zum Beispiel aus Kupfer auf großflächigen Substraten 1 wird vorteilhafterweise wiederum eine Portalanlage mit der Vorrichtung verwendet. Als Laser 3 kann ein frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser mit einem Fokus von 15μm und einer Leistung von 3W eingesetzt werden. Unter Verwendung einer Scanneroptik als Optik 5 können Leitbahnbreiten von zum Beispiel 20μm und Leitbahnhöhen von zum Beispiel 50μm erzeugt werden.

Claims

Verfahren zum Auftragsschweißen von Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20μm auf Substrate mit Laserstrahlen eines kurz gepulsten Lasers unter Normalbedingungen, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel hinter wenigstens einem optisch dichten Vorhang aus Borsten als eine die Umgebung sowohl vor den Partikeln als auch der Laserstrahlung schützende Einrichtung an einer Vorrichtung bestehend aus Austrittsdüse (4) für Partikel und die Laserstrahlen des kurz gepulsten Lasers (3) auskoppelnde und auf einen Bereich der Oberfläche des Substrates (1) richtende Optik (5) wenigstens bereichsweise auf das Substrat (1) aufgebracht werden, dass Partikel des Bereiches über die Optik (5) während oder nach dem Aufbringen mit kurz gepulsten Laserstrahlen so beaufschlagt werden, dass Partikel zu einem geringen Teil unter Ausbildung eines Rückstoßeffektes verdampfen und dass Partikel zu einem großen Teil durch Punktschweißen sowohl entweder mit der Oberfläche des Substrates (1) oder wenigstens einer Schicht aus Partikeln auf dem Substrat (1) als auch miteinander unter Bildung einer bereichsweisen Schicht als sukzessive geschlossene Schichten, Linien, Punktraster und/oder dreidimensionale Strukturen verbunden werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kurz gepulste Laserstrahl einen Fokus kleiner/gleich 100μm und eine Pulszeit kleiner/gleich 1 μs aufweist.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel zeitlich getaktet auf das Substrat (1) aufgebracht werden.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel mit dem Laserpuls synchronisiert auf das Substrat (1) aufgebracht werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Bereich entweder für aufzubringende oder mit aufgebrachten Partikeln mit einem elektrischen Feld beaufschlagt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Einwirkung eines ultrakurz gepulsten Laserstrahles die Partikel mittels Lichtdruck zum Bereich beschleunigt werden.
Einrichtung zum Auftragsschweißen von dünnen Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20μm auf Substrate mit geführten Laserstrahlen eines kurz gepulsten Lasers unter Normalbedingungen, dadurch gekennzeichnet, dass an einer über dem Substrat (1) angeordneten Vorrichtung eine auf eine Oberfläche des Substrates (1) gerichtete und über ein Taktelement (6) mit einem Vorratsbehälter (7) für Partikel verbundene Austrittsdüse (4) für Partikel und eine die Laserstrahlen des kurz gepulsten Lasers (3) auskoppelnde und auf den Bereich der Oberfläche des Substrates (1) mit aufgebrachten Partikeln richtende Optik (5) angeordnet sind, dass entweder an der Vorrichtung oder an einer vertikal geführten Verfahreinrichtung mindestens ein optisch dichter Vorhang aus Borsten als eine die Umgebung sowohl vor den Partikeln als auch der Laserstrahlung schützende Einrichtung angeordnet ist und dass sich die Vorrichtung an einer gegenüber der Oberfläche des Substrates (1) wenigstens in einer Ebene und vertikal verfahrbaren Anordnung (8) und/oder dass sich das Substrat (1) auf einer gegenüber der Vorrichtung wenigstens in einer Ebene und vertikal verfahrbaren Anordnung befindet und dass der Laser (3), das Taktelement (6) und die wenigstens eine verfahrbare Anordnung (8) über die Steuereinrichtung zusammengeschaltet sind.
Einrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optisch dichte Vorhang aus elektrostatisch anziehend wirkenden Borsten besteht.
Einrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gepulste Laser (3) ein Festkörperlaser im Wellenlängenbereich größer/gleich 200nm und gleichkleiner 1500nm ist und dass die Leistung des Festkörperlasers kleiner 200W ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (5) eine Scanneroptik ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die Optik eine Ablenkscheibe für die Laserstrahlen des gepulsten Lasers (3) integriert ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkscheibe an zwei über Zufallsgeneratoren angesteuerte translatorische Motore gekoppelt ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 7 und einem der Patentansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsdüse (4) so ausgestaltet ist, dass die Breite des austretenden Partikelstromes gleich oder kleiner der durch entweder die Scanneroptik oder die Optik mit Ablenkscheibe bestrahlbaren Fläche ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Bewegungsrichtung nach der Austrittsdüse (4) eine Saugdüse (9) an der über dem Substrat (1) angeordneten Vorrichtung angeordnet ist und dass diese Saugdüse (9) über ein Leitungs-, Filtersystem (10) und einer Saugvorrichtung (11) mit dem Vorratsbehälter (7) verbunden ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsdüse (4) für Partikel gleichzeitig eine Elektrode ist oder mit einer Elektrode versehen ist und dass die Elektrode und entweder das Substrat (1) oder ein Träger für das Substrat (1) direkt oder über die Steuereinrichtung mit einer elektrischen Spannungsquelle (U) verbunden sind.
Einrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Taktelement (6) ein Piezoventil oder eine Ultraschall-Wanderwellen-Transportvorrichtung oder eine getaktete durch anharmonische Ultraschallwellen angetriebene Pumpeinrichtung ist.