DE102012217766A1

DE102012217766A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Dampfdruck-Abtragschneiden eines metallischen Werkstücks

Info

Publication number: DE102012217766A1
Application number: DE102012217766.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Popp
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: DE102012217766B4; WO2014048539A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dampfdruck-Abtragschneiden eines metallischen Werkstücks (1), umfassend: Erzeugen einer Schnittfuge (9) in dem Werkstück durch Bewegen eines fokussierten Laserstrahls (2) und des Werkstücks (1) relativ zueinander entlang einer Schnittkontur, wobei zur Vergrößerung einer Schnittfugenbreite (B1) der Schnittfuge (9) ein wiederholtes, quer zur Schnittkontur (3) versetztes Bewegen des Laserstrahls (2) und des Werkstücks (1) relativ zueinander entlang der Schnittkontur (3) erfolgt, sowie Erzeugen mindestens einer weiteren Schnittfuge (10) mit verringerter Schnittfugenbreite (B2) in einem Schnittgrund (5) der Schnittfuge (9) durch Bewegen des fokussierten Laserstrahls (2) und des Werkstücks (1) relativ zueinander entlang der Schnittkontur, wobei zwischen seitlichen Flanken (9a, 9b) der Schnittfuge (9) und quer versetzten seitlichen Flanken (10a, 10b) der weiteren Schnittfuge (10) randseitige Abschnitte (11a, 11b) des Schnittgrundes (5) verbleiben, auf denen beim Erzeugen der weiteren Schnittfuge (10) gebildete Werkstückschmelze abgelagert wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dampfdruck-Abtragschneiden eines metallischen Werkstücks mittels eines Laserstrahls. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Dampfdruck-Abtragschneiden eines metallischen Werkstücks, umfassend: einen Bearbeitungskopf zum Bewegen eines Laserstrahls relativ zum Werkstück über die Werkstückoberfläche entlang einer Schnittkontur und zum Fokussieren des Laserstrahls an einer Fokusposition, sowie eine Steuerungseinheit zur Steuerung einer wiederholten Bewegung des Laserstrahls entlang der Schnittkontur zur Ausbildung einer Schnittfuge.
Beim Laserschneiden plattenförmiger metallischer Werkstücke in so genannten 2D-Laserschneidmaschinen wird der Laserstrahl üblicher Weise durch Verfahren eines Laserbearbeitungskopfs über das Werkstück bewegt. Mit Hilfe einer entsprechend eingerichteten Linsen- oder Spiegeloptik des Bearbeitungskopfs wird der Laserstrahl auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert, wobei sich der Bearbeitungskopf in der Regel nahe oberhalb der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks befindet. In der beim Schneiden erzeigten Schnittfuge wird das Werkstück durch die Energie bzw. Leistung der Laserstrahlung aufgeschmolzen. Die gebildete Schmelze wird mit Hilfe von Schneidgas, das aus der Düse des Bearbeitungskopfes austritt, nach unten aus der Schnittfuge ausgetrieben.
Es ist außerdem bekannt, einen Werkstoffabtrag ausschließlich durch Ablation durchzuführen, wie beispielsweise in der DE 10 2008 027 130 A1 und der DE 10 2009 047 995 A1 beschrieben ist. Bei diesen Verfahren werden metallische Werkstücke, insbesondere plattenförmige Bleche, mit einem fokussierten Laserstrahl hoher Intensität bestrahlt, so dass das metallische Werkstückmaterial im Bereich der Schnittfuge aufgeschmolzen und zum Teil verdampft wird. Der erzeugte Metalldampf und der mit hoher Geschwindigkeit bewegte Laserstrahl beschleunigen die metallische Schmelze. Die somit auch teilweise radial nach außen beschleunigte Schmelze wird ausgetrieben, ohne dass ein Schneidgas zum Austreiben der Schmelze erforderlich ist.
Dieses auch als Dampfdruck-Abtragschneiden bezeichnete Verfahren wird mit vergleichsweise hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Laserstrahl und zu bearbeitendem Werkstück (d. h. hohen Vorschubgeschwindigkeiten) durchgeführt, da hohe Relativ- bzw. Vorschubgeschwindigkeiten bewirken, dass der beim Aufschmelzen des Werkstückmaterials gebildete Metalldampf ebenfalls schnell bewegt wird, wodurch eine zusätzliche Dynamik in die Werkstückschmelze eingebracht wird, die beim Austreiben der Werkstückschmelze unterstützend wirkt.
Zum Erzeugen von hohen Vorschubgeschwindigkeiten wird der Laserstrahl typischer Weise mit Hilfe einer Scanneroptik über das Werkstück bewegt. Hierbei kann der Bearbeitungskopf bzw. Scannerkopf wegen des nicht benötigten Schneidgases in vergleichsweise großem Abstand zum Werkstück positioniert werden, was auch als Remote-Schneiden bezeichnet wird.
Trotz der Verwendung von vergleichsweise hohen Leistungsdichten beim Dampfdruck-Abtragschneiden ist bedingt durch die hohe Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls das einmalige Abfahren einer gewünschten Schnittkontur in der Regel nicht ausreichend, um ein vollständiges Durchtrennen des Werkstücks an der Schnittkontur zu bewirken. Daher wird der Laserstrahl durch die Scanneroptik mehrfach hintereinander entlang der gewünschten Schnittkontur bewegt, sodass ein sukzessiver Werkstückabtrag erfolgt, bis das Werkstück durchtrennt ist. Die für das Dampfdruck-Abtragschneiden verwendeten Laser werden in der Regel im cw(„continuous wave”)-Modus betrieben. Für hohe Leistungsdichten von z. B. 1 × 10⁷ W/cm² an der Fokusposition ist eine hohe Strahlqualität der verwendeten Laserstrahlung erforderlich, die beispielsweise mit Hilfe eines Scheibenlasers oder eines Faserlasers erreicht werden kann.
Ein Nachteil des Dampfdruck-Abtragschneidens besteht darin, dass die ausgetriebene Schmelze typischerweise in unmittelbarer Nähe der Schnittkante auf der Oberseite des Werkstücks zu liegen kommt und dort erstarrt. Dies bewirkt die Bildung eines in der Regel unerwünschten Grates an der Werkstückoberfläche. Um eine Gratbildung an der Schnittfuge zu vermeiden, wird in der oben genannten DE 10 2009 047 995 A1 vorgeschlagen, ein Überfahren der Schneidkontur mittels des Laserstrahls in einer ersten und zweiten Phase vorzunehmen. Bei der zweiten Phase werden die Bearbeitungsparameter des Verfahrens, beispielsweise die Leistungsdichte oder die Vorschubgeschwindigkeit, gegenüber den Bearbeitungsparametern der ersten Phase verändert, um ein Umschmelzen und/oder einen Werkstoffabtrag an den Rändern der Schnittfuge zu erreichen.
Aus der DE 101 33 341 A1 ist ferner ein Verfahren zur automatisierten Erzeugung eines nutförmigen Schnittes in die Oberfläche eines harten Materials, wie beispielsweise Knochengewebe, bekannt geworden. Zur Erzielung größerer Schnittiefen soll gemäß der dort angegebenen Lehre ein Laserstrahl eingesetzt werden, der automatisch auf die entsprechende Schnitttiefe nachfokussiert wird. Zur Aufweitung des Schnittes wird vorgeschlagen, die Breite des Schnittes durch eine Bewegung des Fokus vertikal zur Schnittachse aufzuweiten, beispielsweise indem der Strahl beim wiederholten Überstreichen der Schnittkontur senkrecht zu einer Schnittachse leicht verstellt wird.
Aus der EP 1 353 773 B1 ist ein Verfahren zum Laserfräsen mit gepulsten Laserquellen bekannt geworden. Durch das Laserfräsen können Löcher in ein Werkstück eingebracht werden, die unterschiedliche Gestalt aufweisen können. Die Löcher werden durch wiederholten Abtrag von Werkstückmaterial in mehreren Schichten bzw. Ablations-Stufen hergestellt. Der Durchmesser der Ablationen beim Abtrag einer jeweiligen Schicht erfolgt gemäß einer vorgegebenen Spezifikation, welche den äußeren Durchmesser des Lochs sowie den Winkel der Innenkontur des Lochs zur Werkstückoberfläche berücksichtigt.
Die US 7 194 803 B2 offenbart das Einbringen einer Mikro-Topographie in eine Oberfläche eines Dichtungsrings mittels eines gepulsten Lasers ohne Bildung von Schmelze. Dabei kommt ein Laserstrahl zum Einsatz, der entlang eines Strahlpfads wiederholt Material abträgt, um zunehmend die Tiefe der einzubringenden Struktur zu vergrößern.
Neben der Gratbildung besteht beim Dampfdruck-Abtragschneiden auch ein Problem beim Schneiden von Werkstücken mit vergleichsweise großer Dicke, da bei einer großen Dicke des Werkstücks und entsprechend tiefen Schnittfugen der Dampfdruck und die durch den Strahlvorschub induzierte Schmelzdynamik nicht mehr ausreichen, um die Schmelze auszutreiben. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Effekte wird das Dampfdruck-Abtragschneiden bislang nur bei vergleichsweise dünnen Werkstücken eingesetzt. Die Grenze für den Einsatz des Dampfdruck-Abtragschneidens liegt derzeit beispielsweise beim Einsatz eines 5 kW Grundmode-Lasers bei Blechdicken von ca. 2 mm.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dampfdruck-Abtragschneiden dahingehend zu verbessern, dass auch Werkstücke mit größerer Dicke durchtrennt werden können.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Dampfdruck-Abtragschneiden eines metallischen Werkstücks, umfassend: Erzeugen einer Schnittfuge in dem Werkstück durch Bewegen eines fokussierten Laserstrahls und des Werkstücks relativ zueinander entlang einer Schnittkontur, wobei zur Vergrößerung einer Schnittfugenbreite der Schnittfuge ein wiederholtes, quer zur Schnittfugenbahn bzw. zur Schnittkontur versetztes Bewegen des Laserstrahls und des Werkstücks relativ zueinander entlang der Schnittkontur erfolgt, sowie Erzeugen mindestens einer weiteren Schnittfuge mit verringerter Schnittfugenbreite in einem Schnittgrund der Schnittfuge durch Bewegen des fokussierten Laserstrahls und des Werkstücks relativ zueinander entlang der Schnittkontur, wobei zwischen seitlichen Flanken der Schnittfuge und quer versetzten seitlichen Flanken der weiteren Schnittfuge randseitige Abschnitte des Schnittgrundes verbleiben, auf denen beim Erzeugen der weiteren Schnittfuge gebildete Werkstückschmelze abgelagert wird.
Da die Durchtrennung des Werkstückes beim erfindungsgemäßen Verfahren ausgehend von breiten Schnittfugen hin zu nach und nach schmaler werdenden weiteren Schnittfugen erfolgt, wird ein stufenförmiger bzw. terrassenförmiger Schnittfugenquerschnitt erzielt. Dieser Schnittfugenquerschnitt weist zwischen zwei in aufeinander folgenden Schritten erzeugten Schnittfugen jeweils einen randseitigen Abschnitt (entsprechend dem horizontalen Abschnitt einer (Treppen-)stufe) auf, an dem die Werkstückschmelze abgelagert werden kann, d. h. der an einem jeweiligen randseitigen Abschnitt verbleibende Schnittgrund bildet einen Ablageplatz für Werkstückschmelze, die beim Erzeugen einer weiteren Schnittfuge in einem nachfolgenden Schritt gebildet bzw. ausgetrieben wird. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass es zu einer Abschattung der Schnittfuge durch in dieser verbleibenden metallischen Auswurf kommt, der zu einem Erliegen des Dampfdruck-Abtragschneidprozesses führen kann. Bei dicken Werkstücken erfolgt zudem in der Regel eine Fokusnachführung (s. u.), welche ohne die Stufenbildung ebenfalls zu einer Abschattung führen würde. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass der Schmelzauswurf bzw. die Gratbildung an der Oberseite des zu trennenden Werkstückes vergleichsweise gering ausfällt, da der größte Teil des Schmelzauswurfs auf den randseitigen Abschnitten eines jeweiligen Schnittgrundes und nicht auf der Werkstückoberfläche selbst abgelagert wird.
Beim oben beschriebenen Verfahren sollten die nach und nach in das Werkstückmaterial eingebrachten Schnittfugen jeweils eine Schnittfugentiefe aufweisen, bei welcher der Dampfdruck und die durch den Strahlvorschub induzierte Schmelzdynamik in der Lage sind, die Werkstückschmelze von der weiteren (tiefer liegenden) Schnittfuge auf die oberhalb liegenden randseitigen Abschnitte des verbliebenen Schnittgrundes auszutreiben, d. h. die durch die Verdampfung erzielte kinetische Energie in der Werkstückschmelze ist größer als die potenzielle Energie, die zur Überwindung des Höhenunterschieds aufgebracht werden muss.
Grundsätzlich kann es ausreichend sein, zum Durchtrennen eines Werkstücks lediglich eine erste breite Schnittfuge und genau eine weitere Schnittfuge im Schnittgrund dieser Schnittfuge zu erzeugen. Beispielsweise ist es möglich, mit einem Laser mit einer maximalen Leistung von 5 kW (Grundmode) bei einem Fokusdurchmesser von z. B. 92 μm und einer Blechdicke von 2 mm durch Einbringen einer ersten und zweiten Schnittfuge bereits eine Durchtrennung des Bleches zu erzielen. Zum Durchtrennen dickerer Werkstücke kann es erforderlich sein, den Verfahrensschritt der Erzeugung eines weiteren Schnittes mehrfach zu wiederholen, bis das Werkstück vollständig entlang der Schneidkontur durchtrennt wird. Beispielsweise ist es möglich, unter den oben angegebenen Bedingungen (5 kW Leistung des Lasers, Fokusdurchmesser 92 μm) durch das Erzeugen einer ersten, zweiten und dritten Schnittfuge eine Blechdicke von 3 mm Edelstahl zu durchtrennen.
Beim Durchtrennen eines Werkstücks mit einer Dicke, bei der drei oder mehr Schnittfugen eingebracht werden müssen, ist grundsätzlich zu berücksichtigen, dass die erste Schnittfuge eine Mindestbreite aufweisen muss, welche das sukzessive Erzeugen weiterer Schnittfugen unter Ausbildung eines randseitigen Abschnitts des jeweils verbleibenden Schnittgrundes ermöglicht. Die Mindestbreite der ersten Schnittfuge lässt sich aus Bearbeitungsparametern des Lasers und des zu schneidenden Werkstücks ermitteln. Die Bearbeitungsparameter umfassen beispielsweise Eigenschaften des zu schneidenden Materials (z. B. Absorptionsvermögen, Oberflächenbeschaffenheit, Dicke, Wärmeleitfähigkeit ...), die Laserleistung, den Fokusdurchmesser, die Vorschubgeschwindigkeit sowie die sich daraus ergebende Eindringtiefe des Laserstrahls (bei entsprechender Vorschubgeschwindigkeit).
Die letzte Schnittfuge, d. h. diejenige Schnittfuge, bei deren Einbringung das Werkstück vollständig durchtrennt wird, weist typischerweise eine Breite auf, wie sie beim einmaligen (oder ggf. mehrmaligen) Bewegen des Laserstrahls und des Werkstücks relativ zueinander entlang der Schnittkontur ohne Querversatz erzeugt wird. Typischerweise ist die Breite dieser Schnittfuge größer als der Fokusdurchmesser des Laserstrahls. Alle vor der letzten Schnittfuge in das Werkstück eingebrachten Schnittfugen weisen eine größere Breite auf als die letzte Schnittfuge und werden durch das Einbringen von mehreren parallel versetzten Schnitten bzw. Bewegungen zwischen Werkstück und Laserstrahl erzeugt.
Bei einer bevorzugten Variante ist ein Querversatz beim wiederholten Bewegen des Laserstrahls und des Werkstücks relativ zueinander entlang der Schnittkontur kleiner als ein Fokusdurchmesser des Laserstrahls, d. h. die wiederholte Bewegung erfolgt überlappend. Besonders bevorzugt liegt der Querversatz zwischen einem Drittel und zwei Dritteln, insbesondere bei ca. der Hälfte des Fokusdurchmessers des Laserstrahls. Durch den Überlapp kann bei gaußähnlichem Strahlprofil des Laserstrahls in vorteilhafter Weise eine hochwertige Schnittfuge mit einem gleichmäßigen Schnittgrund erzeugt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante erfolgt das Erzeugen der Schnittfuge bei einer ersten Fokusposition in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls und das Erzeugen der weiteren Schnittfuge erfolgt bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Fokusposition in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls. Durch das Anpassen bzw. das Nachführen der Fokusposition des Laserstrahls ist es in vorteilhafter Weise möglich, alle Schnittfugen mit einer gleichbleibenden Schnitttiefe zu erzeugen bzw. eine höhere Präzision bei der Erzeugung des Schnittfugenquerschnitts zu ermöglichen. Ohne eine Anpassung bzw. Nachführung der Fokuslage auf die Tiefenposition der aktuell zu erzeugenden Schnittfuge würde mit zunehmender Tiefe eine Strahlaufweitung des Laserstrahls am Schnittgrund auftreten, die eine Intensitätsverringerung zur Folge hätte. Beim Unterschreiten einer Mindestintensität würde so der Prozess zum Erliegen kommen. Die Anpassung der Fokuslage kann beispielsweise durch eine Veränderung des Abstands einer Fokussiereinrichtung, z. B. einer Fokussierlinse, zum Werkstück erfolgen. Erfolgt die Nachführung der Fokuslage bei großen Blechdicken ohne das Einbringen von aufeinander treppenförmig aufbauenden Schnittfugen, so wird der Laser abgeschattet und der Prozess kommt zum Erliegen.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Variante wird die weitere Schnittfuge mittig in der (vorhergehenden) Schnittfuge erzeugt. Auf diese Weise ergibt sich ein symmetrischer Schnittfugenquerschnitt mit gleich großen randseitigen Abschnitten zur Ablagerung der Werkstückschmelze beiderseits der Symmetrieebene. Dies führt zu einer typischer Weise identischen Qualität der Schnittflächen an den bei der Durchtrennung des Werkstückes gebildeten Werkstückteilen.
Bei einer anderen vorteilhaften Variante weisen die Schnittfugen eine Schnittfugentiefe auf, die dem 1-Fachen bis 3-Fachen der Rayleighlänge des Laserstrahls entspricht. Bei einer Schnittfugentiefe, die in der Größenordnung von ein bis drei Rayleighlängen des verwendeten Laserstrahls liegt, ist der Dampfdruck und die durch den Strahlvorschub induzierte Schmelzdynamik typischer Weise in der Lage, die Werkstückschmelze aus der jeweiligen Schnittfuge auszutreiben. Die durch die Verdampfung erzeugte, (in radiale Richtung wirkende) kinetische Energie der Werkstückschmelze ist in diesem Fall größer als die potenzielle Energie, die zur Überwindung dieser Schnittfugentiefe aufgebracht werden muss, so dass die Schmelze auf die Oberseite der nächst höheren Stufe ausgeworfen und dort abgelagert werden kann. Die Rayleighlänge ist die Distanz entlang der optischen Achse (Ausbreitungsrichtung) des Laserstrahls, nach der sich die Querschnittsfläche des Laserstrahls ausgehend von seiner Fokusposition verdoppelt.
Bevorzugt ist eine Variante des Verfahrens, bei der eine Breite eines randseitigen Abschnitts des verbleibenden Schnittgrundes geringer ist als der Fokusdurchmesser des verwendeten Laserstrahls (s. o.), z. B., wenn die weitere Schnittfuge gegenüber der vorhergehenden Schnittfuge um ca. die Hälfte des Fokusdurchmessers quer versetzt wird. Bei einer Breite eines randseitigen Abschnitts, die innerhalb dieses Intervalls liegt, kann einerseits die Menge an Werkstückschmelze, die beim Erzeugen der weiteren Schnittfuge typischerweise anfällt, aufgenommen bzw. abgelagert werden und andererseits ist die Breite der randseitigen Abschnitte so gering, dass in der Regel keine Nachbearbeitung des Schnittes erfolgen muss.
Schließlich ist eine Variante bevorzugt, bei welcher der fokussierte Laserstrahl mit einer Leistungsdichte von mindestens 1 × 10⁷ W/cm² an der Fokusposition und einer Vorschubgeschwindigkeit zwischen 150 m/min und 1200 m/min auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks gerichtet wird. Die Einhaltung dieser Bearbeitungsparameter führt in der Regel zu gleichmäßigen und qualitativ hochwertigen Schnittergebnissen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einer Vorrichtung zum Dampfdruck-Abtragschneiden der eingangs genannten Art, bei der die Steuerungseinheit ausgebildet bzw. programmiert ist, den Laserstrahl mit Hilfe des Bearbeitungskopfes beim wiederholten Bewegen entlang der Schnittkontur quer zur Schnittkontur bzw. quer zur Vorschubrichtung so zu versetzen, dass ein Querversatz des Laserstrahls kleiner ist als der Fokusdurchmesser des Laserstrahls. Die Steuerungseinheit greift zu diesem Zweck auf ein in der Steuerungseinheit hinterlegtes Bearbeitungsprogramm zurück, welches während des Dampfdruck-Abtragschneidens abgearbeitet wird. Es ist günstig, wenn die Steuerungseinheit den Bearbeitungskopf bzw. die entsprechende Optik so ansteuert, dass der fokussierte Laserstrahl mit einer Leistungsdichte von mindestens 1 × 10⁷ W/cm² an der Fokusposition und einer Vorschubgeschwindigkeit zwischen 150 m/min und 1200 m/min auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks gerichtet wird.
Bei einer Ausführungsform ist die Steuerungseinheit ausgebildet bzw. programmiert, zur Ausbildung einer weiteren Schnittfuge mit verringerter Schnittfugenbreite in einem Schnittgrund der Schnittfuge den Laserstrahl mit Hilfe des Bearbeitungskopfes relativ zur Werkstückoberfläche derart zu verschieben, dass das Erzeugen der Schnittfuge bei einer ersten Fokusposition in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls erfolgt und das Erzeugen der weiteren Schnittfuge bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Fokusposition in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls erfolgt, wobei der Abstand der ersten Fokusposition zur zweiten Fokusposition in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls bevorzugt zwischen dem 1-Fachen und dem 6-Fachen der Rayleighlänge des Laserstrahls beträgt. Der Abstand zwischen den jeweiligen Fokuspositionen entspricht typischer Weise der Schnittfugentiefe (d. h. dem 1-Fachen bis 3-Fachen der Rayleighlänge), kann ggf. aber auch den doppelten Betrag haben, d. h. zwischen dem 2-Fachen und dem 6-Fachen der Rayleighlänge liegen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich einen Laser zum Erzeugen des Laserstrahls mit einem Strahlparameterprodukt von 0,3 mm mrad bis 3 mm mrad. Die Verwendung eines Lasers mit einer solchen Strahlqualität bzw. mit einem solchen Strahlparameterprodukt hat sich für den oben beschriebenen, gestuften Prozess des Dampfdruck-Abtragschneidens als günstig erwiesen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
1a, b schematische Darstellungen eines herkömmlichen Verfahrens zum Dampfdruck-Abtragschneiden eines Werkstücks,
2a, b schematische Darstellungen von zwei Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Dampfdruck-Abtragschneiden eines dicken Werkstücks,
3 eine schematische Darstellung eines mittels des anhand von 2a, b beschriebenen Verfahrens durchtrennten dicken Werkstücks, und
4 eine schematische Darstellung einer Scannervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Dampfdruck-Abtragschneiden.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
1a zeigt eine trennende Bearbeitung mit einem herkömmlichen Dampfdruck-Abtragschneidverfahren an einem vergleichsweise dicken zu zertrennenden metallischen Werkstück 1, welches im vorliegenden Beispiel eine Dicke D von ca. 2 mm aufweist. Bei dem Verfahren wird ein fokussierter Laserstrahl 2 entlang einer Vorschubrichtung Y eines XYZ-Koordinatensystems relativ zu dem Werkstück 1 bewegt, wodurch eine Schnittfuge 4 mit einem Schnittgrund 5 und mit seitlichen Flanken 4a, b erzeugt wird. Im vorliegenden Beispiel soll das Werkstück 1 mit einem geraden Schnitt durchtrennt werden, d. h. die zu bildende Schnittkontur verläuft entlang der Vorschubrichtung Y (und zwar über eine vorgegebene Schnittlänge).
Bei der Ausbildung der Schnittfuge 4 wird Werkstückmaterial durch den Laserstrahl 2 aufgeschmolzen und ein Teil der Schmelze am Schnittgrund 5 der Schnittfuge 4 verdampft. Der hierbei erzeugte Dampfdruck sowie die hochdynamische Bewegung des Laserstrahls bewirken eine radiale Beschleunigung der gebildeten Schmelze von der Mitte des Schnittgrundes 5 hin nach außen in Richtung der seitlichen Flanken 4a, b der Schnittfuge 4, die durch eine entsprechende Umlenkung zu einem Auswurf der Werkstückschmelze auf eine Oberseite 7 des Werkstücks 1 führt. Ein solcher Auswurf von Werkstückschmelze 8 erfolgt nur für den Fall, dass die Werkstückschmelze ausreichend beschleunigt wurde und hat die Ausbildung eines Grates am Rand der Schnittfuge 4 zur Folge.
In 1b ist das Werkstück 1 von 1a zu einem späteren Zeitpunkt dargestellt, bei dem der Laserstrahl 2 mehrfach entlang der Vorschubrichtung bewegt wurde, um die Tiefe der Schnittfuge 4 zu erhöhen. Da die Dicke D des zu schneidenden Werkstücks 1 bzw. die Tiefe T der Schnittfuge 4 zu diesem Zeitpunkt schon vergleichsweise groß ist, reicht die durch die Verdampfung erzielte kinetische Energie der Werkstückschmelze nicht mehr aus, um den Höhenunterschied zwischen dem Schnittgrund 5 und der Oberseite 7 des Werkstückes 1 zu überwinden, so dass sich Werkstückschmelze zunehmend an den seitlichen Flanken 4a, b der Schnittfuge 4 ablagert und an diesen anhaftet.
Wie in 1b zu erkennen ist, hat das Anhaften (und ggf. Erstarren) der Werkstückschmelze an den seitlichen Flanken 4a, b eine Abschattung des Laserstrahls 2 zur Folge. Die Abschattung bewirkt, dass die Intensität des Laserstrahls 2 am Schnittgrund 5 abnimmt, wodurch der Dampfdruck reduziert wird. Dies kann zu einem vollständigen Erliegen des Dampfdruck-Abtragschneidprozesses führen. Die maximal erzielbare Schnitttiefe T ist durch die oben beschriebenen Effekte begrenzt, so dass mit dem herkömmlichen Dampfdruck-Abtragschneiden nur Werkstücke 1 mit einer gewissen Maximaldicke (von typischer Weise max. 1 mm) durchtrennt werden können.
2a zeigt einen ersten Verfahrensschritt eines verbesserten Dampfdruck-Abtragschneidverfahrens bei dem eine erste, breite (Anfangs-)Schnittfuge 9 in einem Werkstück 1 durch Bewegen eines fokussierten Laserstrahls 2 und des Werkstücks 1 relativ zueinander entlang einer Schnittkontur (entsprechend der Vorschubrichtung, Y-Richtung) erzeugt wird. Die Schnittfuge 9 weist dabei eine Schnittfugentiefe T auf, die typischer Weise zwischen dem ein-fachen und drei-fachen der Rayleighlänge liegt. Dies stellt sicher, dass bei den beim Dampfdruck-Abtragschneiden in der Regel eingestellten Vorschubgeschwindigkeiten der sich einstellende Dampfdruck sowie die durch den Vorschub induzierte Schmelzdynamik ausreichen, die Werkstückschmelze vollständig aus der Schnittfuge 9 auszutreiben, ohne dass sich Anhaftungen, die den Laserstrahl 2 gegebenenfalls abschatten, an den seitlichen Flanken 9a, b der Schnittfuge 9 anlagern.
Die Gesamt-Breite B1 des ersten Schnittfuge 9 ist breiter als eine Breite B3, die sich durch das ein- oder mehrmalige Bewegen des Laserstrahls 2 entlang der Vorschubrichtung Y bzw. der Schnittkontur ohne lateralen Versatz (d. h. an derselben Position X quer zur Vorschubrichtung Y) einstellt. Zur Verbreiterung der Schnittfuge 9 auf die Gesamtbreite B1 werden der Laserstrahl 2 und das Werkstück 1 nicht nur wiederholt entlang der Vorschubrichtung Y relativ zueinander hin- und herbewegt, sondern darüber hinaus wird die Position des Laserstrahls 2 in X-Richtung, d. h. quer zur Vorschubrichtung Y versetzt.
Wie in 2a gezeigt ist, wird der Laserstrahl 2 zunächst in Vorschubrichtung Y relativ zum Werkstück 1 bewegt, wodurch eine Schnittfuge der Breite B3 (Einzelschnittfugenbreite) im Werkstück 1 entsteht (gestrichelt dargestellter Laserstrahl 2 links außen). Anschließend wird der Laserstrahl 2 quer zur Vorschubrichtung 3 (in 2a in X-Richtung) versetzt und erneut in Vorschubrichtung Y parallel zum vorhergehenden Schnitt verfahren (gestrichelt dargestellter Laserstrahl 2 rechts daneben). In diesem Stadium ist die Schnittfuge 9 auf die Schnittfugenbreite B4 angewachsen. Das Bewegen des Laserstrahls 2 entlang der Vorschubrichtung Y und das Versetzen des Laserstrahls 2 quer zur Vorschubrichtung Y bzw. der Parallelversatz kann so oft wiederholt werden, bis eine vorgegebene Gesamtbreite B1 der ersten Schnittfuge 9 erreicht ist (vgl. durchgezogen dargestellten Laserstrahl 2 rechts außen).
Zur Erzeugung eines hochwertigen Schnittgrundes 5 ist der Querversatz Q des Laserstrahls 2 (in 2a in X-Richtung) geringer als die durch den Laserstrahl 2 bei einmaligem Bewegen erzeugte Schnittbreite B2 (die Einzelschnittbreite) und ist insbesondere kleiner als ein Fokusdurchmesser d_F des Laserstrahls 2, wobei typische Werte zwischen ca. einem Drittel und zwei Dritteln, bevorzugt bei der Hälfte des Fokusdurchmessers d_F des Laserstrahls 2 liegen. Durch einen solchen Querversatz Q wird ein Überlapp zwischen aufeinander folgenden Bewegungen des Laserstrahls 2 in Y-Richtung erzeugt, der sicherstellt, dass keine hervorstehende Grate an dem Schnittgrund 5 zurückbleiben, so dass sich ein gleichmäßiger Schnittgrund 5 einstellt.
In 2b ist ein zweiter Schritt des Dampfdruck-Abtragschneldverfahrens dargestellt, bei dem eine weitere (zweite) Schnittfuge 10 im Schnittgrund 5 der vorhergehenden (ersten) Schnittfuge 9 erzeugt wurde. Die zweite Schnittfuge 10 weist im Vergleich zur ersten Schnittfuge 9 eine verringerte Schnittbreite B2 auf, wie sie bei einer einzigen oder mehrfach unversetzt überlagerten Bewegung des Laserstrahls 2 entlang der Vorschubrichtung Y erzeugt wird. Die zweite Schnittfuge 10 ist im Vergleich zur ersten Schnittfuge 9 mittig angeordnet, wodurch der gesamte Schnittfugenquerschnitt symmetrisch zu einer Mittelebene verläuft.
Wie in 2b zu erkennen ist, sind seitliche Flanken 9a, b der ersten Schnittfuge 9 bezüglich seitlicher Flanken 10a, b der zweiten Schnittfuge 10 versetzt, so dass an einem verbleibenden Schnittgrund 5 der ersten Schnittfuge 9 randseitige Abschnitte 11a, b verbleiben, die zum Ablagern von Werkstückschmelze dienen, die beim Erzeugen der zweiten Schnittfuge 10 ausgeworfen wird. Durch die mittige Anordnung der zweiten Schnittfuge 10 sind die randseitigen Abschnitte 11a, b des verbleibenden Schnittgrundes 5 gleich groß. Die Schnittfugentiefe T der zweiten Schnittfuge 10 ist so gewählt, dass ein Schmelzauswurf ohne ein Anhaften an den seitlichen Flanken 10a, b möglich ist. Um das Werkstück 1 vollständig zu durchtrennen, kann (anders als in 2b gezeigt) die Schnittfugentiefe T der zweiten Schnittfuge 10 ggf. geringfügig größer als die Schnittfugentiefe T der ersten Schnittfuge 9 gewählt werden.
Wenn die Breite B eines randseitigen Abschnitts 11a, b quer zur Vorschubrichtung Y gleich oder geringer ist als der Fokusdurchmesser des Laserstrahls 2, ist die Oberfläche der randseitigen Abschnitte 11a, b zum einen groß genug, um den Schmelzauswurf der weiteren Schnittfuge 10 aufzunehmen und zum anderen klein genug, um bei der Erzeugung der Schnittfugen 9, 10 nicht unnötigerweise zu viel Werkstückmaterial abzutragen.
Wie in 2a, b ebenfalls zu erkennen ist, wird der Fokus des Laserstrahls 2 von einer ersten Fokuslage F₁ in Ausbreitungsrichtung (negative Z-Richtung), die zum Erzeugen der ersten Schnittfuge 9 verwendet wird, für das Erzeugen der zweiten Schnittfuge 10 auf eine zweite, in Richtung Werkstück 1 verschobene (tiefere) Fokuslage F₂ geändert bzw. nachgeführt, um bei beiden Schnittfugen 9, 10 eine hohe Laserstrahlintensität am Abtragsort sicherzustellen. Der Abstand zwischen der ersten Fokuslage F₁ und der zweiten Fokuslage F₂ kann beispielsweise zwischen dem 1-Fachen (oder dem 2-Fachen) und dem 3-Fachen (oder dem 6-Fachen) der Rayleighlänge betragen.
Durch das Dampfdruck-Abtragschneidverfahren gemäß 2a, b wird eine Gesamt-Schnittfuge bzw. ein Gesamt-Schnitt 9, 10 in das Werkstück 1 eingebracht, wobei zwei Schrittfugen 9, 10 ausreichend sind, um das Werkstück 1 mit der Dicke von ca. 2 mm zu durchtrennen. Werden die Verfahrensschritte gemäß 2a und 2b wiederholt durchgeführt, so können noch dickere metallische Werkstücke 1 durchtrennt werden, ohne dass der Dampfdruck-Abtragschneidprozess zum Erliegen kommt, wie dies in 1b gezeigt ist. Bei dem Verfahren von 2a, b wird zudem der Werkstückschmelze-Auswurf, der bei der Erzeugung der ersten Schnittfuge 9 auf der Oberseite 7 des Werkstückes 1 auftritt, bei zunehmender Dicke D des Werkstücks nicht erhöht, da die Schmelze bei der Erzeugung von nachfolgenden Schnittfugen 10 an den randseitigen Abschnitten 11a, b abgelagert werden kann.
In 3 ist ein Querschnitt eines weiteren Werkstücks 1 mit einer vergleichsweise großen Dicke D von ca. 3 mm dargestellt, wobei in dem Werkstück 1 eine erste, eine zweite und eine dritte Schnittfuge 9, 10, 12 gemäß dem in 2a, b dargestellten Verfahren erzeugt worden ist. In der Darstellung von 3 wird das Werkstück 1 vom Laserstrahl 2 in zwei Werkstückteils 1a, b zertrennt, d. h. es wird gerade der letzte verbleibende Rest des Werkstückmaterials an der Unterseite des Werkstücks 1 entfernt.
In 4 ist eine Scannervorrichtung 13 als Teil einer Laserbearbeitungsmaschine dargestellt, mit der das verbesserte Verfahren durchgeführt werden kann. Das Zusammenwirken der Scannerspiegel 20, 21 mit einem an der Scannervorrichtung 13 angebrachten F/theta-Objektiv 14 ermöglicht es, den Fokus des Laserstrahls 2 zur Erzeugung einer Schnittkontur 3 in zwei zueinander senkrechten Richtungen (X-Richtung bzw. Y-Richtung) über das Werkstück 1 zu bewegen. Das Werkstück 1 kann ortsfest sein oder ggf. mit Hilfe einer nicht bildlich dargestellten Werkstückauflage in einer oder zwei Richtungen (X- bzw. Y-Richtung) in einer Ebene parallel zur Werkstückoberseite 7 verschoben werden.
Bei den in Zusammenhang mit 2a, b und 3 gezeigten Beispielen entsprach die Vorschubrichtung (Y-Richtung) der Richtung der Schnittkontur, es versteht sich aber, dass mit dem oben beschriebenen Verfahren auch gekrümmte Schnittkonturen 3 mit variabler Vorschubrichtung realisiert werden können, wie in 4 angedeutet ist, wobei zur Erzeugung einer breiten Schnittfuge mehrere parallel versetzte (gekrümmte) Schnittlinien in das Werkstück 1 eingebracht werden. Die Scannervorrichtung 13, genauer gesagt der Bearbeitungskopf 19, kann ferner zur Veränderung der Position des Fokus des Laserstrahls 2 in Ausbreitungsrichtung (Z-Richtung) senkrecht zur Werkstückoberfläche 7 bzw. zur Oberseite des plattenförmigen Werkstücks bewegt werden, beispielsweise mittels eines durch einen Doppelpfeil angedeuteten herkömmlichen Antriebs 15 oder mit Hilfe eines Roboters.
Die Scannervorrichtung 13 weist eine Lichtleitfaser zur Zuführung von Strahlung aus einer Laserquelle 24 auf, aus der ein divergenter Laserstrahl 2a mit hoher Strahlleistung (> 1 kW) und einem Strahlparameterprodukt zwischen ca. 0,3 mm mrad und ca. 3,0 mm mrad austritt, welcher in vertikaler Richtung (Z-Richtung) verläuft und mittels einer Kollimationslinse 17 in einen weiterhin vertikal verlaufenden, kollimierten Laserstrahl 2b transformiert wird. Der kollimierte Laserstrahl 2b wird an einem Umlenkspiegel 18 um 90° aus der vertikalen Richtung in die horizontale Richtung abgelenkt und tritt über eine Eintrittsapertur in den Scannerkopf 19 ein. Im Scannerkopf 19 trifft der kollimierte Laserstrahl 2b zuerst auf einen planaren X-Scannerspiegel 20, welcher den Strahl in X-Richtung auf einen planaren Y-Scannerspiegel 21 ablenkt, der den Strahl weiter in Y-Richtung ablenkt. Der X-Scannerspiegel 20 und der Y-Scannerspiegel 21 sind an Galvanometern befestigt und können gedreht werden. Die Position der Drehachse der Galvanometer bestimmt den Ablenkwinkel des jeweiligen Scannerspiegels 20, 21 und somit die Position des Laserstrahls 2 auf dem Werkstück 1.
Der kollimierte Laserstrahl 2b verlässt den Scannerkopf 19 durch eine Austrittsöffnung, an welcher das F/Theta-Objektiv 14 angebracht ist. Dieses bewirkt mittels einer Meniskuslinse 22 eine Aufweitung des Laserstrahls 2 sowie mittels einer nachfolgenden Fokussierlinse 23 die Erzeugung eines konvergenten Laserstrahls 2, der auf das Werkstück 1 fokussiert wird. Durch das telezentrische F/Theta-Objektiv 14 kann erreicht werden, dass der Laserstrahl 2 unabhängig von der Position auf dem Werkstück 1 senkrecht zur Oberseite 7 des Werkstücks 1 auftrifft. Es versteht sich aber, dass für die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens auch auf die Verwendung eines F/Theta-Objektivs verzichtet werden kann.
Der oben beschriebene Verfahrensablauf beim Dampfdruck-Abtragschneiden wird von einer Steuerungseinheit 25 koordiniert, die in 3 zur Vereinfachung der Darstellung im Bearbeitungskopf 19 gezeigt ist. Es versteht sich, dass die Steuerungseinheit 25 auch an anderer Stelle in der Scannervorrichtung 13 angeordnet werden kann. Die Steuerungseinheit 25 steuert die Bewegung des Laserstrahls 2 über die Oberfläche 7 des Werkstücks 1, um die gewünschte Schnittkontur 3 zu erzeugen. Zu diesem Zweck greift die Steuerungseinheit 25 auf ein Bearbeitungsprogramm zurück, auf das die Steuerungseinheit 25 z. B. über eine (nicht gezeigte) Datenschnittstelle Zugriff hat. Die Steuerungseinheit 25 ist programmiert, bei den aufeinander folgenden Bewegungen entlang der Schnittkontur 3 den Laserstrahl 2 so zu versetzen, dass der Querversatz Q des Laserstrahls 2 beim wiederholten Bewegen entlang der Schnittkontur 3 kleiner ist als der Fokusdurchmesser d_F des Laserstrahls 2, wozu die Steuerungseinheit 25 die Scannerspiegel 20, 21 geeignet ansteuert und/oder die Verschiebung des Bearbeitungskopfes 19 mittels des Antriebs 15 bzw. eines Roboters bewirkt. Auch die werter oben beschriebene Anpassung der Fokuslage kann von der Steuerungseinheit 25 vorgenommen werden, beispielsweise indem diese einen Antrieb 15 ansteuert, um den Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 19 und dem Werkstück 1 zu verringern.
In der Regel sollte für die Durchführung des Verfahrens der fokussierte Laserstrahl 2 eine Leistungsdichte von mindestens 1 × 10⁷ W/cm² an der Fokusposition aufweisen. Typische Vorschubgeschwindigkeiten liegen zwischen ca. 150 m/min und ca. 1200 m/min wobei die Vorschubgeschwindigkeit u. a. von der Art des zu schneidenden Materials abhängig ist. Es versteht sich, dass die zu zertrennenden Werkstücke zwar in der Regel plattenförmig ausgebildet sind, so dass die Schnittkontur (gerade oder gekrümmt) typischerweise in einer Ebene liegt. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, mit dem oben beschriebenen Verfahren Schnitte in gekrümmten Werkstücken, z. B. in Rohren zu erzeugen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008027130 A1 [0003]
DE 102009047995 A1 [0003, 0007]
DE 10133341 A1 [0008]
EP 1353773 B1 [0009]
US 7194803 B2 [0010]

Claims

Verfahren zum Dampfdruck-Abtragschneiden eines metallischen Werkstücks (1), umfassend: Erzeugen einer Schnittfuge (9) in dem Werkstück (1) durch Bewegen eines fokussierten Laserstrahls (2) und des Werkstücks (1) relativ zueinander entlang einer Schnittkontur (3), wobei zur Vergrößerung einer Schnittfugenbreite (B1) der Schnittfuge (9) ein wiederholtes, quer zur Schnittkontur (3) versetztes Bewegen des Laserstrahls (2) und des Werkstücks (1) relativ zueinander entlang der Schnittkontur (3) erfolgt, sowie Erzeugen mindestens einer weiteren Schnittfuge (10) mit verringerter Schnittfugenbreite (B2) in einem Schnittgrund (5) der Schnittfuge (9) durch Bewegen des fokussierten Laserstrahls (2) und des Werkstücks (1) relativ zueinander entlang der Schnittkontur (3), wobei zwischen seitlichen Flanken (9a, 9b) der Schnittfuge (9) und quer versetzten seitlichen Flanken (10a, 10b) der weiteren Schnittfuge (10) randseitige Abschnitte (11a, 11b) des Schnittgrundes (5) verbleiben, auf denen beim Erzeugen der weiteren Schnittfuge (10) gebildete Werkstückschmelze (8) abgelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Querversatz (Q) beim wiederholten Bewegen des Laserstrahls (2) und des Werkstücks (1) relativ zueinander entlang der Schnittkontur (3) kleiner ist als ein Fokusdurchmesser (d_F) des Laserstrahls (2).
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Querversatz (Q) zwischen einem Drittel und zwei Dritteln, bevorzugt bei der Hälfte des Fokusdurchmessers (d_F) des Laserstrahls (2) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erzeugen der Schnittfuge (9) bei einer ersten Fokusposition (F₁) in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls (2) erfolgt und bei dem das Erzeugen der weiteren Schnittfuge (10) bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Fokusposition (F₂) in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die weitere Schnittfuge (10) mittig im Schnittgrund (5) der Schnittfuge (9) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schnittfugen (9, 10, 12) eine Schnittfugentiefe (T) aufweisen, die dem 1-Fachen bis 3-Fachen der Rayleighlänge des Laserstrahls (2) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Breite (B) eines randseitigen Abschnitts (11a, 11b) des verbleibenden Schnittfugengrundes (5) geringer ist als der Durchmesser (d_F) des Laserstrahls (2) im Fokuspunkt (F₁).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der fokussierte Laserstrahl (2) mit einer Leistungsdichte von mindestens 1 × 10 W/cm² an der Fokusposition (F₁, F₂) und einer Vorschubgeschwindigkeit zwischen 150 m/min und 1200 m/min auf die Oberfläche (7) des zu bearbeitenden Werkstücks (1) gerichtet wird.
Vorrichtung (13) zum Dampfdruck-Abtragschneiden eines metallischen Werkstücks (1), umfassend: einen Bearbeitungskopf (19) zum Bewegen eines Laserstrahls (2) relativ zum Werkstück (1) über die Werkstückoberfläche (7) entlang einer Schnittkontur (3) und zum Fokussieren des Laserstrahls (2) an einer Fokusposition (F₁, F₂), sowie eine Steuerungseinheit (25) zur Steuerung einer wiederholten Bewegung des Laserstrahls (2) entlang der Schnittkontur (3) zur Ausbildung einer Schnittfuge (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (25) ausgebildet ist, den Laserstrahl (2) mit Hilfe des Bearbeitungskopfes (19) beim wiederholten Bewegen entlang der Schnittkontur (3) quer zur Schnittkontur (3) so zu versetzen, dass ein Querversatz (Q) des Laserstrahls (2) kleiner ist als der Fokusdurchmesser (d_F) des Laserstrahls (2).
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Steuerungseinheit (25) ausgebildet ist, zur Ausbildung einer weiteren Schnittfuge (10) mit verringerter Schnittfugenbreite (B2) in einem Schnittgrund (5) der Schnittfuge (9) den Laserstrahl (2) mit Hilfe des Bearbeitungskopfes (19) relativ zur Werkstückoberfläche (7) derart zu verschieben, dass das Erzeugen der Schnittfuge (9) bei einer ersten Fokusposition (F₁) in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls (2) erfolgt und das Erzeugen der weiteren Schnittfuge (10) bei einer zweiten, von der ersten verschiedenen Fokusposition (F₂) in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls (2) erfolgt, wobei der Abstand der ersten Fokusposition (F1) zur zweiten Fokusposition (F2) bevorzugt zwischen dem 2-Fachen und dem 6-Fachen der Rayleighlänge des Laserstrahls (2) beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, weiter umfassend: einen Laser (24) zum Erzeugen des Laserstrahls (2) mit einem Strahlparameterprodukt von 0,3 mm mrad bis 3 mm mrad.