DE102009047995B3

DE102009047995B3 - Method for burr-free cutting of workpieces

Info

Publication number: DE102009047995B3
Application number: DE102009047995A
Authority: DE
Inventors: Matthias LÜTKE; Sebastian Stelzer; Thomas Dr. Himmer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: WO2011035777A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gratfreien trennenden Bearbeitung von Werkstücken mit einem zweidimensional auslenkbaren, fokussierten Laserstrahl. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein von einem single-mode Faserlaser oder einem Scheibenlaser emittierter Laserstrahl auf eine Werkstückoberfläche zur Ausbildung einer Schnittfuge so gerichtet, dass ein Werkstoffabtrag ausschließlich durch Ablation erreicht wird und dabei der Brennfleck des Laserstrahls mehrfach über gleiche Positionen der Werkstückoberfläche entlang einer auszubildenden Schneidkontur in einer ersten Phase der Bearbeitung bewegt wird. Dabei werden die Bearbeitungsparameter des Verfahrens in mindestens einer nachfolgenden weiteren Phase der Bearbeitung vor dem vollständigen Durchtrennen des Werkstücks verändert und der Brennfleck des Laserstrahls mindestens einmal mit veränderten Parametern entlang der auszubildenden Schneidkontur bewegt und dadurch ein Umschmelzen und/oder ein Werkstoffabtrag an den Rändern der Schnittfuge erreicht werden kann.The invention relates to a method for burr-free cutting machining of workpieces with a two-dimensionally deflectable, focused laser beam. In the method according to the invention, a laser beam emitted by a single-mode fiber laser or a disk laser is directed onto a workpiece surface to form a kerf so that a material removal is achieved exclusively by ablation and the focal spot of the laser beam is repeatedly formed over same positions of the workpiece surface along one Cutting contour is moved in a first phase of machining. In this case, the machining parameters of the method are changed in at least one subsequent further phase of the machining before complete cutting of the workpiece and the focal spot of the laser beam at least once with changed parameters along the trainees cutting contour moves and thereby a remelting and / or a material removal at the edges of the kerf can be achieved.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gratfreien trennenden Bearbeitung von Werkstücken mit einem zweidimensional auslenkbaren, fokussierten Laserstrahl.The invention relates to a method for burr-free cutting machining of workpieces with a two-dimensionally deflectable, focused laser beam.

Bei vielen Anwendungsfällen sind neben hoher Arbeitsproduktivität auch hohe Anforderungen an die Qualität gestellt. Dies betrifft bei den in Rede stehenden Laserschneidverfahren insbesondere die ausgebildeten Schneidkanten. Es ist auch eine schmale Schnittfuge gewünscht. Unter diesen Aspekten sind die Verfahren mit einer Schneidgaszuführung nachteilig, bei denen ein Schmelzen von Werkstoff mit der Energie der Laserstrahlung erreicht und die Schmelze dann mit unter erhöhten Druck in die Schnittfuge zugeführtem Schneidgas ausgetrieben wird, obwohl sie hochproduktiv mit kleinen Bearbeitungszeiten durchgeführt werden können.In many applications, in addition to high labor productivity and high quality requirements. In the case of the laser cutting methods in question, this relates in particular to the formed cutting edges. It is also desired a narrow kerf. Among these aspects, the methods with a cutting gas supply are disadvantageous in that melting of material with the energy of the laser radiation is achieved and the melt is then expelled with cutting gas supplied under increased pressure into the kerf, although they can be made highly productive with small processing times.

Daneben sind auch Verfahren bekannt, bei denen ein Werkstoffabtrag durch Ablation erfolgt und dabei Werkstoff durch Sublimation vom zu bearbeitenden Werkstück entfernt wird. Diese bekannten auf Ablation basierenden Techniken erreichen aber geringe Abtragsraten und können mit kleinen Vorschubgeschwindigkeiten arbeiten.In addition, methods are known in which a material removal takes place by ablation and thereby material is removed by sublimation of the workpiece to be machined. However, these known ablation-based techniques achieve low removal rates and can operate at low feed rates.

Dementsprechend wurde in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2008 027 130 vorgeschlagen, einen fokussierten Laserstrahl auf eine zu bearbeitende Oberfläche eines Werkstücks zu richten, mit dem der Werkstoffabtrag ausschließlich durch Ablation erreicht werden soll. Für die Ausbildung gewünschter Schneidkonturen kann mit an sich bekannten technischen Mitteln eine Relativbewegung von Laserstrahl und Werkstück vorgenommen werden. Bevorzugt wird dabei auch der Laserstrahl zweidimensional ausgelenkt, um die Vorschubgeschwindigkeit zu erhöhen und flexibler auf gewünschte geometrische Konturen eingehen zu können.Accordingly, in the not previously published DE 10 2008 027 130 proposed to direct a focused laser beam on a surface to be machined of a workpiece, with which the material removal is to be achieved exclusively by ablation. For the formation of desired cutting contours, a relative movement of the laser beam and the workpiece can be made by means of technical means known per se. Preferably, the laser beam is also deflected two-dimensionally in order to increase the feed rate and be able to respond flexibly to desired geometric contours.

Als wichtige Parameter sollen bei der Bearbeitung eine Mindestleistungsdichte im Brennpunkt des Laserstrahls von 1·10⁷ W/cm², bevorzugt mindestens 1·10⁸ W/cm² und eine Mindestvorschubgeschwindigkeit von 150 m/min, bevorzugt 200 m/min, ganz besonders bevorzugt von mindestens 700 m/min eingehalten werden.Important parameters during processing are a minimum power density at the focal point of the laser beam of 1 × 10 ⁷ W / cm ² , preferably at least 1 × 10 ⁸ W / cm ² and a minimum feed rate of 150 m / min, preferably 200 m / min, very particularly preferably maintained at least 700 m / min.

Bei der Bearbeitung kann es auch wegen der hohen Vorschubgeschwindigkeiten dazu kommen, dass der Werkstoffabtrag in der Schnittfuge in einem Zug nicht ausreicht, um ein vollständiges Schneiden/Trennen zu erreichen. Dem kann aber mit einem zyklischen Durchfahren der jeweiligen Bearbeitungskontur entgegengewirkt werden. So kann beispielsweise für kreisförmige Konturen, der gesamte Umfang mehrfach überfahren werden, so dass gleiche Positionen der Werkstückoberfläche mehrfach dem Einfluss der Laserstrahlung sukzessive ausgesetzt werden können. Ein gepulster Betrieb des eingesetzten Lasers ist, bis auf kritische Bereiche (Ecken, kleine Radien) in denen größere Änderungen der Vorschubachsrichtung durchzuführen sind, nicht erforderlich und ist in vielen Fällen bei der Ausbildung einer Schneidkontur bzw. eines Ausschnitts sogar nachteilig. Ein Ausschalten des Laserstrahls ist lediglich bei einem Wechsel vom Schneiden einer Kontur zu einer nachfolgend auszubildenden Kontur und eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit ggf. in den genannten kritischen Bereichen erforderlich.Due to the high feed rates during machining, material removal in the kerf in one go may not be sufficient to achieve complete cutting / cutting. But this can be counteracted with a cyclical passage through the respective machining contour. Thus, for example, for circular contours, the entire circumference can be run over several times, so that identical positions of the workpiece surface can be repeatedly exposed to the influence of the laser radiation successively. A pulsed operation of the laser used is, except for critical areas (corners, small radii) in which larger changes to the feed axial direction are performed, not required and is in many cases even disadvantageous in the formation of a cutting contour or a section. Switching off the laser beam is only necessary in a change from cutting a contour to a contour to be subsequently formed and a reduction in the feed speed, if necessary in the specified critical areas.

Nun hat es sich heraus gestellt, dass obwohl die Qualität der so ausgebildeten Schnittfugen verbessert werden konnte, eine Gratbildung an den Rändern der Schnittfuge nicht vermeidbar war.Now it has been found that although the quality of the kerf thus formed could be improved, burr formation on the edges of the kerf was unavoidable.

Nunmehr sind die verschiedensten Möglichkeiten zur Beseitigung oder Reduzierung der gebildeten Grate bekannt. Es werden unterschiedlichste Technologien eingesetzt. Dies können beispielsweise Elektronenstrahlen, Wasserstrahlen, thermisch chemisches oder elektrochemisches Entgraten sein.Now a variety of ways to eliminate or reduce the burrs formed are known. Various technologies are used. These may be, for example, electron beams, water jets, thermal chemical or electrochemical deburring.

Generell haftet den bekannten Verfahren, die bisher für das Entgraten eingesetzt werden, der Nachteil an, dass sie in einem zusätzlichen Verfahrensschritt, der mit gesonderter Anlagentechnik durchgeführt werden muss, verbunden sind, was wiederum zu einer erheblichen Reduzierung der Produktivität und Kostenerhöhung bei der Bearbeitung führt.In general, the known methods which have hitherto been used for deburring have the disadvantage that they are connected in an additional method step, which must be carried out with separate system technology, which in turn leads to a considerable reduction in productivity and cost increase during machining ,

Von T. Himmer und M. Lütke ist in „Exzellente Schnitte”; Laser + Produktion Spezial; Publikation des Fraunhofer IWS Dresden und des Fraunhofer IOF Jena; Carl Hanser Verlag; 2008; S. 18. und 19 eine Möglichkeit zur trennenden Bearbeitung mittels eines von einem single-mode Faserlaser emittierten und hochdynamisch auslenkbaren Laserstrahls ohne Schneidgasunterstützung beschrieben.By T. Himmer and M. Lütke is in "Excellent Cuts"; Laser + Production Special; Publication of the Fraunhofer IWS Dresden and the Fraunhofer IOF Jena; Carl Hanser Verlag; 2008; P. 18. and 19 described a way of separating processing by means of a laser beam emitted by a single-mode fiber laser and highly dynamically deflectable without Schneidgasunterstützung.

Die DE 10 2006 052 824 A1 betrifft ein Laserstrahlschneidverfahren, bei ein Laserstrahl mehrfach entlang einer Schneidkontur bewegt wird.The DE 10 2006 052 824 A1 relates to a laser beam cutting method in which a laser beam is moved several times along a cutting contour.

Aus DE 10 2007 000 355 A1 ist es bekannt, nach dem Laserstrahlschneiden mit einem fokussierten Laserstrahl eine Schneidkante mit einem zweiten defokussierten Laserstrahl umzuschmelzen.Out DE 10 2007 000 355 A1 It is known, after laser beam cutting with a focused laser beam to remelt a cutting edge with a second defocused laser beam.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem Grat an Schnittfugen einfach und kostengünstig bei der trennenden Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlung vermieden werden kann.It is therefore an object of the invention to propose a method with which burr on kerfs can be avoided easily and inexpensively in the cutting machining of workpieces with laser radiation.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, bei dem die Merkmale des Anspruchs 1 realisiert werden, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.According to the invention this object is achieved by a method in which the features of Claim 1 can be realized solved. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be achieved with features described in the subordinate claims.

Bei der Erfindung wird ausgehend von dem aus DE 10 2008 027 130 bekannten Verfahren so vorgegangen, dass die Bearbeitung in mindestens zwei nacheinander durchzuführenden Phasen erfolgt.In the invention, starting from the DE 10 2008 027 130 known method proceeded so that the processing takes place in at least two successive phases to be performed.

Dabei wird ein mindestens zweidimensional auslenkbarer, fokussierter Laserstrahl, der von einem single-mode Faserlaser oder einem Scheibenlaser emittiert wird auf eine Werkstückoberfläche zur Ausbildung einer Schnittfuge so gerichtet, dass ein Werkstoffabtrag ausschließlich durch Ablation erreicht wird. Hierfür wird der Brennfleck des Laserstrahls mehrfach über gleiche Positionen der Werkstückoberfläche entlang einer auszubildenden Schneidkontur in einer ersten Phase der Bearbeitung bewegt. Die Bearbeitungsparameter des Verfahrens werden in dieser ersten Phase der Bearbeitung nicht und dann in einer nachfolgenden weiteren Phase der Bearbeitung vor dem vollständigen Durchtrennen des Werkstücks aber verändert. Der Brennfleck des Laserstrahls wird während der weiteren (zweiten) zweiten Phase der Bearbeitung mindestens einmal mit veränderten Parametern entlang der auszubildenden Schneidkontur bewegt, so dass dadurch ein Umschmelzen und/oder ein Werkstoffabtrag an den Rändern der Schnittfuge erreicht werden kann. Ein so bearbeitetes Werkstück ist dann an den Rändern von Schnittfugen, wenn nicht vollständig, zumindest weitestgehend gratfrei. In der Regel kann der Brennfleck während der weiteren Phase der Bearbeitung aber mehr als einmal über jede Position entlang einer auszubildenden Schneidkontur bewegt werden.In this case, an at least two-dimensionally deflectable, focused laser beam which is emitted by a single-mode fiber laser or a disk laser is directed onto a workpiece surface for forming a kerf so that material removal is achieved exclusively by ablation. For this purpose, the focal spot of the laser beam is repeatedly moved over the same positions of the workpiece surface along a trainee cutting contour in a first phase of machining. The processing parameters of the process are not changed in this first phase of the processing and then in a subsequent further phase of processing before complete cutting of the workpiece. The focal spot of the laser beam is moved at least once with changed parameters along the cutting contour to be formed during the further (second) second phase of the machining, so that a remelting and / or a material removal at the edges of the kerf can thereby be achieved. A machined workpiece is then at the edges of kerfs, if not complete, at least largely burr-free. As a rule, however, the focal spot can be moved more than once over each position along a cutting contour to be formed during the further phase of the machining.

Während der gesamten Zeit der Bearbeitung in der ersten Phase sollten eine Vorschubgeschwindigkeit von mindestens 150 m/min, eine Leistungsdichte im Brennpunkt von mindestens 1·10⁷ W/cm² eingehalten werden und der Laserstrahl so fokussiert sein, dass der Brennpunkt einen Durchmesser kleiner 100 μm aufweist.During the entire period of processing in the first phase, a feed rate of at least 150 m / min, a power density at the focal point of at least 1 × 10 ⁷ W / cm ² should be maintained and the laser beam should be focused such that the focal point has a diameter smaller than 100 has μm.

Der Brennfleck des Laserstrahls kann dabei n-fach über die auszubildende Schneidkontur bewegt werden, so dass jede Position dem Einfluss der Laserstrahlung n-mal ausgesetzt wird. Bis dahin ist das Werkstück jedoch noch nicht vollständig durchtrennt, d. h. die Schnittfuge reicht noch nicht durch die gesamte Dicke des Werkstücks.The focal spot of the laser beam can be moved n-fold over the cutting contour to be formed, so that each position is exposed n times to the influence of the laser radiation. Until then, however, the workpiece is not completely severed, d. H. the kerf does not reach through the entire thickness of the workpiece.

Die vollständige Durchtrennung erfolgt ausschließlich bei einer weiteren Phase der Bearbeitung und dabei veränderten Verfahrensparametern, auf die nachfolgend näher eingegangen werden soll. Dem soll aber vorangestellt werden, dass die einzelnen möglichen Parameterveränderungen auch unterschiedlichst miteinander kombiniert beim erfindungsgemäßen Verfahren in dessen zweiter Phase vorgenommen werden können. Es besteht auch die Möglichkeit das Verfahren in mehr als zwei Phasen der Bearbeitung durchzuführen und dabei die Bearbeitungsparameter mehrfach zu verändern, wodurch die Qualität, also die Gratfreiheit weiter verbessert werden kann.The complete separation is carried out exclusively during a further phase of processing and thereby changed process parameters, which will be discussed in more detail below. However, this should be preceded by the fact that the individual possible parameter changes can also be combined with each other in a very different manner in the second phase of the method according to the invention. It is also possible to carry out the process in more than two phases of the machining and to change the processing parameters several times, whereby the quality, so the burr freedom can be further improved.

Erfindungsgemäß kann die Leistungsdichte im Brennfleck des Laserstrahls während der Bearbeitung in einer weiteren zweiten und ggf. einer zusätzlichen weiteren sich die zweite Phase anschließenden Phase reduziert werden. Dies kann durch eine Reduzierung der Laserleistung und/oder eine Defokussierung des Laserstrahls erreicht werden.According to the invention, the power density in the focal spot of the laser beam during processing can be reduced in a further second and possibly an additional further phase following the second phase. This can be achieved by reducing the laser power and / or defocusing the laser beam.

Bei einer durchgeführten Defokussierung kann der Brennfleck so vergrößert werden, dass sein Durchmesser mindestens dreimal so groß, wie die Breite der ausgebildeten Schnittfuge ist. Er kann dabei einen Durchmesser von 325 μm bei einem Abstand des Brennpunkts von 5 mm zur Werkstückoberfläche, bevorzugt einen Durchmesser von 650 μm bei einem Abstand des Brennpunkts von 10 mm aufweisen.In a defocusing performed the focal spot can be increased so that its diameter is at least three times as large as the width of the formed kerf. It may have a diameter of 325 microns with a focal distance of 5 mm to the workpiece surface, preferably a diameter of 650 microns at a distance of the focal point of 10 mm.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann gesteuert und/oder geregelt betrieben werden. Bei einer Regelung kann beispielsweise ein Abstandssignal oder ein Tiefenmesssignal genutzt werden, um beispielsweise die Position des Brennpunkts zu verändern.The inventive method can be controlled and / or operated regulated. In a closed-loop control, for example, a distance signal or a depth measurement signal can be used, for example, to change the position of the focal point.

Allein oder zusätzlich kann während einer nach der ersten Phase durchzuführenden weiteren Phase der Bearbeitung auch die Vorschubgeschwindigkeit reduziert werden.Alone or in addition, during a further phase of the machining to be carried out after the first phase, the feed rate can also be reduced.

Als eine Alternative hat es sich herausgestellt, dass eine während der ersten Phase der Bearbeitung nicht vollständig durch das Werkstück reichende Schnittfuge ausgebildet werden kann und eine Gratbildung vermieden werden kann, indem bei mindestens einem letztendlichen Trennschnitt, der entlang der auszubildenden Schneidkontur bei der weiteren Phase der Bearbeitung durchgeführt wird, die Laserleistung erhöht wird. Dabei kann mit einer Leistung, die mindestens dem 1,5-fachen der Leistung während der ersten Phase entspricht, bearbeitet werden.As an alternative, it has been found that a kerf which does not extend completely through the workpiece during the first phase of the machining can be formed and burr formation can be avoided by carrying out at least one final separating cut along the cutting contour to be formed in the further phase Processing is performed, the laser power is increased. It can be processed with a power that corresponds to at least 1.5 times the power during the first phase.

Wird während einer weiteren Phase der Bearbeitung die Laserleistung erhöht, kann auch so vorgegangen werden, dass bei der Bearbeitung in einer davor durchgeführten Phase mit reduzierter Laserleistung eine kleine Schnittfuge ausgebildet wird. Der Brennfleck wird hierzu mindestens einmal entlang der gesamten auszubildenden Schneidkontur bewegt. Im Anschluss an diese Phase kann dann die vollständige Trennung eines Werkstücks mit der deutlich höheren Laserleistung durchgeführt werden. Dabei kann der Brennfleck mit einer höheren Anzahl entlang der auszubildenden Schneidkontur geführt werden. Jede Position der Schneidkontur kann so entsprechend oft der Laserenergie ausgesetzt werden.If the laser power is increased during a further phase of the machining, it is also possible to proceed in such a way that a small kerf is formed during the machining in a previously performed phase with reduced laser power. For this purpose, the focal spot is moved at least once along the entire cutting contour to be formed. in the Following this phase, the complete separation of a workpiece with the significantly higher laser power can then be carried out. In this case, the focal spot can be guided with a higher number along the cutting contour to be formed. Each position of the cutting contour can be exposed to the laser energy as often.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Brennfleck mit unterschiedlichen Anzahlen in den verschiedenen Phasen der Bearbeitung entlang der auszubildenden Schneidkontur geführt werden.In the method according to the invention, the focal spot can be guided with different numbers in the various phases of the machining along the cutting contour to be formed.

Es besteht auch die Möglichkeit während einer sich an die erste Phase der Bearbeitung anschließenden Phase, die Bewegung des Brennflecks so zu beeinflussen, dass die Vorschubachsrichtung oszillierend verändert wird und dabei die eigentliche Vorschubbewegung von einer oszillierenden Bewegung überlagert wird. Dadurch können mit einer solchen Bewegung sowohl die Schnittfuge, wie auch deren Ränder bestrahlt werden. Dadurch kann eine Schnittfuge mit schräg geneigten Wänden erhalten werden, wodurch gebildete Dämpfe und ggf. gebildete Schmelze leichter aus der Schnittfuge abgeführt werden können.It is also possible, during a phase subsequent to the first phase of the machining, to influence the movement of the focal spot in such a way that the feed axis direction is changed in an oscillating manner and the actual feed movement is superimposed by an oscillating movement. This can be irradiated with such a movement, both the kerf, as well as their edges. As a result, a kerf with obliquely inclined walls can be obtained, whereby formed vapors and optionally formed melt can be more easily removed from the kerf.

Bei der Erfindung sollte zumindest während der ersten Phase der Bearbeitung die Vorschubgeschwindigkeit im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren sehr hoch eingehalten werden. Sie sollte dabei ständig oberhalb 200 m/min, bevorzugt oberhalb 500 m/min und besonders bevorzugt oberhalb 700 m/min gehalten werden. Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.In the invention, at least during the first phase of the processing, the feed rate should be kept very high compared to the conventional methods. It should always be kept above 200 m / min, preferably above 500 m / min and more preferably above 700 m / min. The invention will be explained in more detail by way of example in the following.

Beispiel 1example 1

Mit einer Laserquelle YLS-5000-SM mit einer Leistung P_L = 5 kW wurde ein fokussierter Laserstrahl dessen Brennpunkt einen Durchmesser von 25 μm aufwies, auf ein Werkstück gerichtet, um eine Kontur ausschneiden zu können.With a laser source YLS-5000-SM with a power P _L = 5 kW, a focused laser beam whose focal point was 25 μm in diameter was aimed at a workpiece in order to be able to cut out a contour.

Das Werkstück hatte eine Dicke von 1 mm und bestand aus Edelstahl 1.4301.The workpiece had a thickness of 1 mm and was made of stainless steel 1.4301.

In der ersten Phase der Bearbeitung wurde der Brennfleck mittels zweier schwenkbarer reflektierender Elemente (Scannerspiegel) so ausgelenkt, dass die Schneidkontur mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 800 m/min bei einer Leistung P_L = 5 kW insgesamt 18 mal abgefahren wurde. Das Werkstück wurde bis dahin nicht vollständig durchtrennt. Es war eine Restschichtdicke von 0,05 mm in der Schnittfuge verblieben, bis die Bearbeitungsparameter für eine zweite Phase der Bearbeitung verändert wurden, um das Werkstück vollständig zu trennen. In dieser Phase wurde die Schneidkontur zweimal mit dem Brennfleck abgefahren. Dabei wurde die Vorschubgeschwindigkeit von 800 m/min beibehalten und lediglich die Leistung der Laserquelle in einen Bereich zwischen 500 und 750 W reduziert. Die Ränder der Schnittfuge wiesen noch einen Grat mit einer Breite von 100 μm und einer Höhe von 25 μm auf.In the first phase of the processing, the focal spot was deflected by means of two pivoting reflecting elements (scanner mirror) so that the cutting contour was traversed a total of 18 times at a feed rate of 800 m / min at a power P _L = 5 kW. The workpiece has not been completely severed by then. A residual layer thickness of 0.05 mm remained in the kerf until the machining parameters for a second phase of machining were changed to completely separate the workpiece. In this phase, the cutting contour was traversed twice with the focal spot. The feed rate of 800 m / min was maintained and only the power of the laser source in a range between 500 and 750 W reduced. The edges of the kerf still had a ridge with a width of 100 μm and a height of 25 μm.

Bei diesem Beispiel wurde zusätzlich eine dritte Phase der Bearbeitung durchgeführt und dabei die Leistung der Laserquelle wieder auf P_L = 5 kW erhöht. Die Vorschubgeschwindigkeit ist konstant auf 800 m/min gehalten worden. Der Laserstrahl wurde aber defokussiert, so dass der Brennfleck an der Werkstückoberfläche einen Durchmesser von 650 μm bei einem Abstand des Brennpunktes von 10 mm aufwies. Dabei wurde die Schneidkontur mit dem defokussierten Brennfleck zweimal überstrichen.In this example, a third phase of the processing was performed in addition, while the power of the laser source again increased to P _L = 5 kW. The feed rate has been kept constant at 800 m / min. The laser beam was however defocused so that the focal spot on the workpiece surface had a diameter of 650 μm with a focal point distance of 10 mm. The cutting contour with the defocused focal spot was scanned twice.

Die Ränder der Schnittfuge wiesen nach dieser Phase der Bearbeitung noch einen Grat mit einer Breite von 100 μm auf. Die Höhe des Grates lag noch bei 20 μm.The edges of the kerf still showed a ridge with a width of 100 μm after this phase of processing. The height of the ridge was still 20 microns.

Bei einem herkömmlichen Vorgehen sind dagegen lediglich Grate mit einer Breite von 200 μm und einer Höhe von 100 μm erreichbar.In a conventional approach, however, only burrs with a width of 200 microns and a height of 100 microns are achievable.

Beispiel 2Example 2

Es wurde mit der gleichen Laserquelle ein Werkstück mit den gleichen Parametern, wie beim Beispiel 1 bearbeitet.It was processed with the same laser source, a workpiece with the same parameters as in Example 1.

Im Gegensatz dazu wurde aber in einer ersten Phase der Bearbeitung der Brennfleck zweimal entlang der auszubildenden Schneidkontur geführt. Dabei wird der Brennfleck mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 800 m/min und einem Brennpunktdurchmesser von 25 μm bewegt. Die Leistung der Laserstrahlung lag dabei im Bereich zwischen 500 W und 750 W. Mit dieser relativ geringen Leistung wurde eine Schnittfuge entlang der auszubildenden Schneidkontur ausgebildet, die eine Tiefe von 0,05 mm hatte.In contrast, however, in a first phase of processing, the focal spot was guided twice along the cutting contour to be formed. The focal spot is moved at a feed rate of 800 m / min and a focal point diameter of 25 μm. The power of the laser radiation was in the range between 500 W and 750 W. With this relatively low power a kerf was formed along the trainee cutting contour, which had a depth of 0.05 mm.

In einer sich an die erste Phase anschließenden nachfolgend durchgeführten weiteren Phase wurde lediglich die Leistung P_L des Lasers auf 5 kW erhöht und der Brennfleck weitere 16-mal entlang der auszubildenden Schneidkontur bewegt und dabei das Werkstück im letzten Trennschnitt vollständig durchtrennt.In a subsequent subsequent phase carried out subsequent to the first phase, only the power P _{L of} the laser was increased to 5 kW and the focal spot was moved a further 16 times along the cutting contour to be formed, thereby completely severing the workpiece in the last separating cut.

Der verbliebene Grat an den Rändern der Schnittfuge hatte wieder eine Breite von 100 μm und eine Höhe von 25 μm.The remaining burr at the edges of the kerf again had a width of 100 μm and a height of 25 μm.

Claims

Method for the burr-free cutting machining of workpieces with a two-dimensionally deflectable, focused laser beam, in which the emitted from a single-mode fiber laser or a disk laser laser beam is directed to a workpiece surface to form a kerf so that a material removal is achieved exclusively by ablation and thereby the focal spot of the laser beam is repeatedly moved over equal positions of the workpiece surface along a cutting contour to be formed in a first phase of processing; and machining parameters of the method in at least one subsequent further phase of the machining before the complete cutting of the workpiece are changed and the focal spot of the laser beam at least once moved with changed processing parameters along the cutting contour to be formed, thereby achieving a remelting and / or a material removal at the edges of the kerf becomes.

A method according to claim 1, characterized in that during the entire first phase of processing, a feed rate of at least 150 m / min, a power density at the focal point of at least 1 x 10 ⁷ W / cm ^{2 are} maintained and the laser beam is focused so that the Focus has a diameter less than 100 microns.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that in the further phase of the processing, the power density is reduced in the focal spot.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the feed rate is reduced during the further phase of processing.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the power of the laser beam is increased in the further phase of processing.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the laser beam is directed defocused during the further phase of processing on the workpiece.

A method according to claim 6, characterized in that the focal spot on the workpiece surface has a diameter which is at least three times greater than the width of the kerf.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the focal spot is moved during the further phase of machining oscillating with changing feed axis along the cutting contour to be formed, so that during movement the kerf and its edges are irradiated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least in the first phase of the processing, a feed rate of 500 m / min is not exceeded.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that with reduced power of the laser beam during the further phase of processing in a subsequently performed additional additional phase of processing, the laser beam defocused or moved with oscillating changing feed axis along the trainees cutting contour and thereby the actual Feed motion is superimposed by an oscillating motion.

Method according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the number of movements of the focal spot along the trainee cutting contour deviates from each other in individual phases of processing.