DE102005007792B4

DE102005007792B4 - Verfahren und Einrichtung zum Auftragsschweissen von Schichten aus Partikeln mit einer Korngrösse kleiner 20 μm auf Substrate

Info

Publication number: DE102005007792B4
Application number: DE102005007792A
Authority: DE
Inventors: Robby Ebert; Prof. Exner Horst; Lars Hartwig; Sascha Klötzer; Dr. Regenfuß Peter
Original assignee: LIM LASERINSTITUT MITTELSACHSEN GmbH
Current assignee: LIM LASERINSTITUT MITTELSACHSEN GMBH, 09648 MI, DE
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: DE102005007792A1

Abstract

Verfahren zum Auftragsschweißen von Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20 μm auf Substrate mit Laserstrahlen eines Lasers unter Normalbedingungen, wobei Partikel des Bereiches über eine die Laserstrahlen auskoppelnde und auf den Bereich der Oberfläche des Substrates (1) mit aufgebrachten Partikeln richtende Optik (5) während oder nach dem Aufbringen mit ultrakurz gepulsten Laserstrahlen eines Femtosekundenlasers mit einer Frequenz größer/gleich 2 MHz und einer Leistung größer/gleich 10 W, wobei der Laserstrahl einen Fokus kleiner/gleich 100 μm und eine Pulszeit kleiner/gleich 1 ns aufweist, so beaufschlagt werden, dass die Partikel mittels Lichtdruck zum Bereich beschleunigt und 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.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Auftragsschweißen von Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20 μm auf Substrate mit Laserstrahlen eines Lasers unter Normalbedingungen.
Die Druckschrift WO 1997/004914 A1 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 1,0 mm 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 × 2 mm². Für sehr kleine Partikel ist diese Vorrichtung nicht geeignet, die Partikel werden über eine Schneckenförderung zur Pulverdüse transportiert.
Durch die Druckschrift US 4 810 525 ist ein Verfahren zum Auftragschweißen von Dünnschichten aus Partikeln mit einer Korngröße von 2 μm bis 50 μm bekannt. Die Schicht wird sowohl linienförmig aufgebracht als auch unmittelbar folgend linienförmig mit Laserstrahlen beaufschlagt. Ein linienförmiges Abfahren führt aber auch zwangsläufig zu einem linienförmigen Erwärmen des Substrates. Beim normalen Abkühlen entstehen daraus folgernd nicht unerhebliche Spannungen im Substrat, die zu Verwerfungen des Substrates und/oder Zerstörungen der aufgebrachten Schicht führen können. Das kann nur mit spannungsreduzierenden Maßnahmen verhindert werden. Eine derartige Maßnahme ist aber auf die jeweilig vorhandenen Geometrien einzustellen, so dass ein nicht unerheblicher Mehraufwand zum Schichtauftrag notwendig ist.
Aus der Druckschrift DE 195 33 960 C2 ist eine Einrichtung zum Auftragsschweißen von dünnen Schichten auf Substrate bekannt. Diese weist einen Pulverkopf, eine Laserstrahlen auskoppelnde Optik, eine in einer Ebene und vertikal dazu verfahrbare Anordnung des Lasers oder des Substrates auf.
Schutzvorrichtungen aus Borsten sind durch die Druckschriften DE 299 04 097 U1 , DE 296 20 304 U1 und EP 0 274 081 A2 bekannt.
Aus der Druckschrift US 6 251 488 B1 sind ein Vorratsbehälter, eine Austrittsdüse, ein Taktelement, eine die Laserstrahlen auskoppelnde Optik und verfahrbare Anordnungen für einen Laser oder das Substrat bekannt.
Die Druckschrift US 6 277 500 B1 beinhaltet ein Verfahren zum Aufbringen einer Schicht inbesondere als Leiterzüge eines Bauelementeträgers. Dabei werden die Schichten durchgängig entsprechend des Verlaufes der Leiterbahnen aufgebracht und mit Laserstrahlen geschweißt.
Die Druckschrift US 6 024 792 A beschrebt ein Verfahren zur Herstellung monokristalliner Strukturen durch Schweißen.
Auf besondere geometrische Verhältnisse der Werkstücke spezifizierte Schweißverfahren sind unter anderem durch die Druckschriften EP 0 558 870 B1 , DE 100 09 123 A1 , US 4 644 127 und DE 41 29 239 A1 bekannt.
Die Realisierung von Körpern aus aufgebrachten Pulverschichten ist durch die Druckschriften EP 0 714 725 B1 und US 6 274 839 B1 beschrieben.
Die Druckschrift DE 100 40 921 A1 beschreibt einen handgeführten Bearbeitungskopf, wobei davon auszugehen ist, dass eine Wiederholung mit identischen Verfahrensschritten nicht möglich ist.
Der in den Patentansprüchen 1 und 4 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20 μm unter Normalbedingungen auf Substrate aufzubringen.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 und 4 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Verfahren und Einrichtungen zum Auftragsschweißen von Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20 μm auf Substrate mit Laserstrahlen eines Lasers unter Normalbedingungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Schichten dünn und in hoher Auflösung aufgebracht werden können. Damit sind Schichtdicken kleiner 50 μm und Auflösungen kleiner 100 μm je nach verwendeter Partikelgröße, Laserstrahlfokusdurchmesser, Wellenlänge und Pulsenergie/Pulszeit realisierbar.
Dazu werden Partikel des Bereiches über eine die Laserstrahlen auskoppelnde und auf den Bereich der Oberfläche des Substrates mit aufgebrachten Partikeln richtende Optik während oder nach dem Aufbringen mit ultrakurz gepulsten Laserstrahlen eines Femtosekundenlasers mit einer Frequenz größer/gleich 2 MHz und einer Leistung größer/gleich 10 W, wobei der Laserstrahl einen Fokus kleiner/gleich 100 μm und eine Pulszeit kleiner/gleich 1 ns aufweist, so beaufschlagt, dass die Partikel mittels Lichtdruck zum Bereich beschleunigt und zu einem großen Teil durch Punktschweißen sowohl entweder mit der Oberfläche des Substrates oder wenigstens einer Schicht aus Partikeln auf dem Substrat als auch miteinander unter Bildung einer bereichsweisen Schicht als sukzessive geschlossene Schichten, Linien, Punktraster und/oder dreidimensionale Strukturen verbunden werden.
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 des Femtosekundenlasers 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 wird 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 kurz gepulsten Femtosekundenlasers unter Normalbedingungen einfach und sicher aufgebracht werden können. Die Austrittsdüse für Partikel und eine die Laserstrahlen des kurz gepulsten Femtosekundenlasers 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 Femtosekundenlaser 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, 3 und 5 bis 11 angegeben.
Die Punktschweißungen werden nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 stochastisch verteilt angeordnet.
Das nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 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.
Ein optisch dichter Vorhang aus elektrostatisch anziehend wirkenden Borsten nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 stellt vorteilhafterweise den Schutz vor für den menschlichen Organismus gefährlichen dielektrischen Partikel dar.
Eine Scanneroptik als Optik nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 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 7 ermöglicht eine einfache Strahlablenkung.
Eine Kopplung der Ablenkscheibe an zwei über Zufallsgeneratoren angesteuerte translatorische Motore nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 ermöglicht eine stochastische Verteilung der Punktschweißungen und führt vorteilhafterweise zu geringen Energieeinträgen in das Substrat.
Die Ausgestaltung der Austrittsdüse nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9, 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 10, 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.
Günstige Ausgestaltungen für das Taktelement sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 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 20 μm 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 kurz gepulsten Femtosekundenlasers 3 unter Normalbedingungen besteht im wesentlichen aus dem Femtosekundenlaser 3, dem Substrat 1, einer Vorrichtung mit einer Austrittsdüse 4 und einer die Laserstrahlen des Femtosekundenlasers 3 auskoppelnden und auf den Bereich der Oberfläche des Substrates 1 mit aufgebrachten Partikeln richtenden 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 Femtosekundenlasers 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 20 kHz 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 20 kHz und 100 kHz. 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 Partikel mit einer durch anharmonische Ultraschallwellen (Stoßwellen) im Frequenzbereich von 100 kHz bis 20 MHz 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 Femtosekundenlaser mit einer Frequenz größer/gleich 2 MHz und einer Leistung größer/gleich 10 W. Der kurz gepulste Laserstrahl weist einen Fokus kleiner/gleich 100 μm und eine Pulszeit kleiner/gleich 1 μs 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 Computer. 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 wie folgt ausgestaltet sein. Für erhabene Mikrostrukturen auf mikrosystemtechnischen Bauteilen befindet sich die Vorrichtung an einem kleinen Portal. 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 5 μm und Strukturhöhen bis maximal 10 μm erzielt werden.

Claims

Verfahren zum Auftragsschweißen von Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20 μm auf Substrate mit Laserstrahlen eines Lasers unter Normalbedingungen, wobei Partikel des Bereiches über eine die Laserstrahlen auskoppelnde und auf den Bereich der Oberfläche des Substrates (1) mit aufgebrachten Partikeln richtende Optik (5) während oder nach dem Aufbringen mit ultrakurz gepulsten Laserstrahlen eines Femtosekundenlasers mit einer Frequenz größer/gleich 2 MHz und einer Leistung größer/gleich 10 W, wobei der Laserstrahl einen Fokus kleiner/gleich 100 μm und eine Pulszeit kleiner/gleich 1 ns aufweist, so beaufschlagt werden, dass die Partikel mittels Lichtdruck zum Bereich beschleunigt und 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 die Punktschweißungen stochastisch verteilt angeordnet werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Bereich entweder für aufzubringende oder mit aufgebrachten Partikeln mit einem elektrischen Feld beaufschlagt wird.
Einrichtung zum Auftragsschweißen von dünnen Schichten aus Partikeln mit einer Korngröße kleiner 20 μm auf Substrate mit geführten Laserstrahlen eines Lasers unter Normalbedingungen, wobei – 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 auskoppelnde und auf den Bereich der Oberfläche des Substrates (1) mit aufgebrachten Partikeln richtende Optik (5) angeordnet sind, – 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, – die Vorrichtung sich an einer gegenüber der Oberfläche des Substrates (1) wenigstens in einer Ebene und vertikal verfahrbaren Anordnung (8) und/oder das Substrat (1) sich auf einer gegenüber der Vorrichtung wenigstens in einer Ebene und vertikal verfahrbaren Anordnung befindet, – der Laser ein Femtosekundenlaser mit einer Frequenz größer/gleich 2 MHz und einer Leistung größer/gleich 10 W ist, wobei der Laserstrahl einen Fokus kleiner/gleich 100 μm und eine Pulszeit kleiner/gleich 1 ns aufweist, so dass durch die Laserstrahlen Partikel mittels Lichtdruck zum Bereich beschleunigt und 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 und – der Femtosekundenlaser (3), das Taktelement (6) und die wenigstens eine verfahrbare Anordnung (8) über die Steuereinrichtung zusammengeschaltet sind.
Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der optisch dichte Vorhang aus elektrostatisch anziehend wirkenden Borsten besteht.
Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang eine Scanneroptik als Strahlablenkung angeordnet ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang eine Ablenkscheibe als Strahlablenkung für die Laserstrahlen des Femtosekundenlasers (3) angeordnet ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkscheibe an zwei über Zufallsgeneratoren angesteuerte translatorische Motore gekoppelt ist.
Einrichtung nach einem der Patentansprüche 6 oder 7, 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 4, 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 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Taktelement (6) ein Piezoventil oder eine Ultraschall-Wanderwellen-Transportvorrichtung oder eine getaktete durch anharmonische Ultraschallwellen angetriebene Pumpeinrichtung ist.