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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen von Material von einer Oberfläche.
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Bei einem solchen Verfahren wird Material mittels wenigstens eines Lasersystems von einer Oberfläche abgetragen. Eine Steigerung der pro Zeiteinheit abgetragen Materialmenge mittels Leistungsskalierung ist dabei oft durch thermische Oberflächeneffekte begrenzt. Insbesondere führt Restwärme im Material aufgrund eines starken Temperaturgradienten zu einer durch einsetzende Wärmeleitung schnell einfrierenden Schmelzdynamik. Sollen dabei Störgeometrien auf der Oberfläche vermieden werden, ist die einsetzbare Fluenz und damit die umsetzbare Pulsenergie begrenzt. Gerade bei hohen Fluenzen und/oder hohen Einzelpuls-Repetitionsraten von Einzelpulsen des Lasersystems bilden sich ansonsten nämlich konusähnliche Vorsprünge (Cone-Like-Protrusions - CLP) aus, welche eine schaumartige Struktur bilden und damit die Oberflächengüte der behandelten Oberfläche verringern. Dies ist problematisch gerade in Zusammenhang mit neueren Lasersystemen, die eigentlich in der Lage sind, höhere Pulsleistungen und Fluenzen bereitzustellen, welche jedoch aufgrund der sich ausbildenden Störgeometrien nicht genutzt werden können. Hier wird also zur Erzielung einer hohen Oberflächengüte Potenzial sowohl bezüglich einer Leistungssteigerung als auch bezüglich einer Durchsatzsteigerung verschenkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abtragen von Material von einer Oberfläche zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre geschaffen wird, insbesondere die technische Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Abtragen von Material von einer Oberfläche geschaffen wird, wobei Material mittels wenigstens eines Lasersystems von der Oberfläche abgetragen wird, wobei die Oberfläche zum Abtragen von Material von der Oberfläche in einem ersten Abtragsmodus mit wenigstens einem Niederfrequenz-Laserpulszug des wenigstens einen Lasersystems, und in einem zweiten Abtragsmodus mit Hochfrequenz-Pulspaketen beaufschlagt wird, wobei eine Einzelpuls-Repetitionsrate von einzelnen Laserpulsen in den Hochfrequenz-Pulspaketen von mindestens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz beträgt. Dabei ist es in dem zweiten Abtragsmodus - abhängig von dem bearbeiteten Material - insbesondere möglich, eine größere Materialmenge pro Zeiteinheit abzutragen, also den Durchsatz zu steigern, wobei alternativ oder zusätzlich eine gegebenenfalls vorhandene Störgeometrie geglättet werden kann. Somit entfällt die Restriktion bezüglich der Fluenz oder Pulsleistung für den ersten Abtragsmodus, wobei für den Niederfrequenz-Laserpulszug Einzelpulse mit höherer Fluenz oder Pulsleistung gewählt werden können, was ebenfalls zu einer Steigerung der Effizienz des Verfahrens und des Durchsatzes dient. Aufgrund dieser Fluenzsteigerung entstehende Störgeometrien können ohne weiteres in dem zweiten Abtragsmodus abgetragen werden. Zugleich vermeidet der erste Abtragsmodus in vorteilhafter Weise eine Gratbildung an einer Abtragskante der Oberfläche, also insbesondere im Bereich eines Eintritts des Laserstrahls in das bearbeitete Material. Abhängig von dem bearbeiteten Material ist es auch möglich, dass in dem ersten Abtragsmodus eine höhere Abtragsrate erzielt wird als in dem zweiten Abtragsmodus, jedoch in dem zweiten Abtragsmodus eine höhere Oberflächenqualität als in dem ersten Abtragsmodus. Somit können in vorteilhafter Weise die jeweiligen Vorteile der verschiedenen Abtragsmodi miteinander kombiniert werden.
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Unter einem Laserpulszug, sei es ein Hochfrequenz-Laserpulszug oder ein Niederfrequenz-Laserpulszug, wird allgemein eine Abfolge von einzelnen Laserpulsen, auch als Einzelpulse bezeichnet, verstanden, die mit einer bestimmten Einzelpuls-Repetitionsrate aufeinanderfolgen. Ein solcher Laserpulszug kann ein Einzelpulszug oder ein Pulspaket sein.
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Unter einem Einzelpulszug wird entsprechend eine Abfolge von einzelnen Laserpulsen verstanden, die mit einer bestimmten Einzelpuls-Repetitionsrate aufeinanderfolgen, wobei die Einzelpulse nicht zu definierten Pulspaketen gruppiert sind. Werden mehrere Einzelpulszüge erzeugt, weisen diese insbesondere höchstens zufällig einen gleichen zeitlichen Abstand, vorzugsweise jedoch verschiedene zeitliche Abstände zueinander auf. Die Einzelpulszüge werden also nicht mit einer bestimmten Pulspaket-Repetitionsrate erzeugt.
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Ein Pulspaket ist demgegenüber eine Gruppe von mindestens zwei Einzelpulsen, die mit einer bestimmten Einzelpuls-Repetitionsrate, auch als Mikropulsrepetitionsrate bezeichnet, aufeinanderfolgen, wobei mehrere aufeinanderfolgende Pulspakete mit einer bestimmten Pulspaket-Repetitionsrate, auch als Makropulsrepetitionsrate bezeichnet, aufeinanderfolgen. Die Pulspakete weisen also einen konstanten zeitlichen Abstand zueinander auf.
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Die Präfixe „GHz-“ und „Niederfrequenz-“ beziehen sich vor den Begriffen „Laserpulszug“, „Einzelpulszug“, „Pulspaket“, und „Pulspaket-Repetitionsrate“ jeweils auf die Einzelpuls-Repetitionsrate der Einzelpulse, und sie geben dabei insbesondere an, ob diese mindestens 0,5 GHz („GHz-“) oder weniger als 0,5 GHz („Niederfrequenz-“) beträgt.
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Der Niederfrequenz-Laserpulszug ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ein Niederfrequenz-Einzelpulszug, also insbesondere ein Niederfrequenz-Laserpulszug, dem keine Pulspaket-Repetitionsrate zugeordnet ist. Die Hochfrequenz-Pulspakete sind Hochfrequenz-Laserpulszüge oder GHz-Laserpulszüge, denen eine definierte Pulspaket-Repetitionsrate zugeordnet ist.
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Die Einzelpulse des Niederfrequenz-Laserpulszugs in dem ersten Abtragsmodus werden bevorzugt mit einer Einzelpuls-Repetitionsrate von weniger als 0,5 GHz, insbesondere von einigen kHz bis zu einigen 100 MHz, bevorzugt von einigen 100 kHz,bis zu einigen MHz, bevorzugt von einigen kHz, bevorzugt von einigen MHz, erzeugt.
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Das Lasersystem ist vorzugsweise ein Ultrakurzpuls-Lasersystem, welches eingerichtet ist, um Laserpulse mit einer zeitlichen Breite auf der Femtosekunden-Zeitskala oder der Pikosekunden-Zeitskala, insbesondere mit einer zeitlichen Breite von einigen 100 Femtosekunden oder einigen 10 Pikosekunden, zu erzeugen.
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Ein Hochfrequenz-Pulspaket in dem zweiten Abtragsmodus mit einer Einzelpuls-Repetitionsrate der einzelnen Laserpulse in dem Hochfrequenz-Pulspaket von mindestens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz wird auch als GHz-Burst bezeichnet.
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Die Hochfrequenz-Pulspakete weisen eine Pulspaket-Repetitionsrate auf der kHz-Skala oder auf der MHz-Skala, insbesondere eine Pulspaket-Repetitionsrate von einigen kHz bis zu einigen MHz, vorzugsweise von einigen 100 kHz bis zu einigen MHz, , vorzugsweise einige kHz, vorzugsweise einige MHz, aufweisen.
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Die zeitliche Länge eines Hochfrequenz-Pulspakets beträgt vorzugsweise mindestens 10 ns bis höchstens 10 µs. Dies bedeutet insbesondere, dass ein Hochfrequenz-Pulspaket bevorzugt mindestens 5 einzelne Laserpulse umfasst, was aber auch unabhängig von der hier angegebenen zeitlichen Länge bevorzugt wird. Vorzugsweise umfasst ein Hochfrequenz-Pulspaket mindestens 10 einzelne Laserpulse. Bei diesen Werten ergeben sich besonders gute Ergebnisse aufgrund von thermischen Effekten und/oder Schmelzeffekten.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberfläche zuerst in dem ersten Abtragsmodus und danach in dem zweiten Abtragsmodus bearbeitet wird. Dabei können die Vorteile des ersten Abtragsmodus, beispielsweise die Vermeidung einer Gratbildung und/oder gegebenenfalls - materialabhängig - eine höhere Abtragsrate, solange genutzt werden, bis Nachteile des ersten Abtragsmodus zutage treten, insbesondere in Form der Ausbildung einer Störgeometrie. Der zweite Abtragsmodus kann dann genutzt werden, um die Oberflächenqualität zu steigern, insbesondere die Störgeometrie abzutragen, und/oder um gegebenenfalls - materialabhängig - die Abtragsrate zu steigern.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Niederfrequenz-Laserpulszug in dem ersten Abtragsmodus als Niederfrequenz-Einzelpulszug ausgebildet ist. Wie bereits ausgeführt, ist er also bevorzugt ein Niederfrequenz-Laserpulszug, dem keine Pulspaket-Repetitionsrate zugeordnet ist. Alternativ ist es aber auch möglich dass in dem ersten Abtragsmodus eine Folge von als Niederfrequenz-Pulspaketen ausgebildeten Niederfrequenz-Laserpulszügen verwendet wird. Insbesondere kann abhängig von einem zu bearbeitenden Material ausgewählt werden, ob der Niederfrequenz-Laserpulszug in dem ersten Abtragsmodus als Niederfrequenz-Einzelpulszug oder als Niederfrequenz-Pulspaket ausgebildet ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Abtragsmodus für die Bearbeitung oder Ausbildung einer Abtragskante gewählt wird. Dabei kann in dem ersten Abtragsmodus insbesondere eine Gratbildung an der Abtragskante vermieden werden. Die Abtragskante ist dabei eine Kante oder ein Bereich, in welchem die Laserstrahlung zuerst mit der Oberfläche in Kontakt kommt, mithin in die Oberfläche eintritt.
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Alternativ oder zusätzlich wird der erste Abtragsmodus bevorzugt bis zu einem - insbesondere ersten - Auftreten einer Störgeometrie, insbesondere einer thermisch bedingten Störgeometrie, auf der bearbeiteten Oberfläche gewählt. Als Störgeometrie können beispielsweise konusartige Vorsprünge entstehen. Allgemein wird unter einer Störgeometrie insbesondere eine Geometrie auf der Oberfläche bezeichnet, durch welche die Oberfläche einen Rauheitsgrad von mehr als 2 µm aufweist. Generell kann umgekehrt auch ein Rauheitsgrad der Oberfläche von mehr als 2 µm als Störgeometrie bezeichnet werden. Tritt eine solche Störgeometrie auf der Oberfläche auf, verringert dies die Abtragsrate deutlich, und der Materialabtrag wird zunehmend inhomogen. Es ist dann vorteilhaft, die Oberfläche mithilfe des zweiten Abtragsmodus zu glätten, insbesondere die Störgeometrie zu entfernen.
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Die Störgeometrie tritt insbesondere aufgrund einer spezifischen Schmelzdynamik in bestimmten Materialien auf. Dabei ist insbesondere die Einzelpuls-Repetitionsrate in dem ersten Abtragsmodus nicht hoch genug, um ein Auskühlen der mit einem Laserpuls bestrahlten Zone durch Wärmeleitung in das umgebende Material der bearbeiteten Oberfläche hinein zu verhindern, sodass durch den einzelnen Laserpuls aufgeschmolzenes Material unkontrolliert erstarrt. In dem zweiten Abtragsmodus ist die Einzelpuls-Repetitionsrate der einzelnen Laserpulse in den Hochfrequenz-Pulspaketen sehr viel höher, wodurch solche wärmeleitungsbedingten Erstarrungseffekte nicht auftreten, da die Zeit zwischen zwei Laserpulsen eines Hochfrequenz-Pulspakets nicht ausreicht, um eine entsprechende Wärmemenge aus dem Zielbereich der Laserpulse in das umgebende Material abzuführen.
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Alternativ oder zusätzlich wird der zweite Abtragsmodus bevorzugt gewählt für einen Flächenabtrag. Dies gilt insbesondere für solche Materialien, bei denen die Abtragsrate in dem zweiten Abtragsmodus deutlich höher ist als in dem ersten Abtragsmodus. Somit kann in diesem Fall insbesondere der erste Abtragsmodus verwendet werden für die Bearbeitung oder Ausbildung einer Abtragskante - unter Vermeidung einer Gratbildung -, wobei der zweite Abtragsmodus für den Flächenabtrag gewählt wird, um hier eine hohe Abtragsrate zu verwirklichen.
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Alternativ oder zusätzlich wird der zweite Abtragsmodus bevorzugt zum Glätten der Störgeometrie gewählt. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, die Fluenz oder Pulsleistung in dem ersten Abtragsmodus höher zu wählen, dabei zugleich die Abtragseffizienz und bevorzugt auch die Abtragsrate in dem ersten Abtragsmodus zu steigern, und die dann auftretende Störgeometrie in vorteilhafter Weise mittels des zweiten Abtragsmodus wieder zu entfernen, d.h. die Oberfläche zu glätten.
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Insbesondere bei Materialien, bei denen in dem ersten Abtragsmodus eine höhere Abtragsrate erzielt werden kann als in dem zweiten Abtragsmodus, wird bevorzugt so lange mit dem ersten Abtragsmodus gearbeitet, bis die Abtragsrate aufgrund der entstehenden Störgeometrie abfällt. Es kann dann in den zweiten Abtragsmodus geschaltet werden, um die Störgeometrie zu glätten, wobei danach wiederum zurück in den ersten Abtragsmodus geschaltet werden kann, um die Abtragsrate möglichst hoch zu halten.
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Es wird deutlich, dass die auftretenden Effekte sowie die Effizienz der verschiedenen Abtragsmodi stark von dem konkret bearbeiteten Material abhängen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberfläche in dem ersten Abtragsmodus zumindest bereichsweise vorbearbeitet wird, und in dem zweiten Abtragsmodus anschließend feinbearbeitet wird. Der mit dem ersten Abtragsmodus realisierbare Rauheitsgrad ist dabei bevorzugt höher als der in dem zweiten Abtragsmodus realisierbare Rauheitsgrad, somit erfolgt in dem ersten Abtragsmodus insbesondere ein gröberer Materialabtrag, als in dem zweiten Abtragsmodus. Insbesondere wird in dem ersten Abtragsmodus bevorzugt ein Schruppen der bearbeiteten Oberfläche durchgeführt, wobei in dem zweiten Abtragsmodus einen Schlichten durchgeführt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberfläche im Rahmen des Verfahrens bis zu einem Auftreten der Störgeometrie in dem ersten Abtragsmodus, und nach dem Auftreten der Störgeometrie, insbesondere nach einem ersten Auftreten der Störgeometrie, in dem zweiten Abtragsmodus bearbeitet wird. Dabei werden die zuvor genannten Schritte wiederholt und in zumindest einem Oberflächenbereich durchgeführt. Somit ist zunächst und insbesondere auch wiederholt eine Bearbeitung in dem gegebenenfalls vorteilhaften ersten Abtragsmodus, insbesondere materialabhängig mit höherer Abtragsrate, möglich, wobei zwischenzeitlich entstandene Störgeometrien in dem zweiten Abtragsmodus geglättet werden können. Somit kann der zumindest eine Oberflächenbereich durch wiederholtes, iteratives Anwenden des ersten Abtragsmodus und des zweiten Abtragsmodus sehr effizient bearbeitet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Oberfläche nach der Bearbeitung in dem zweiten Abtragsmodus in einem dritten Abtragsmodus bearbeitet wird, in dem die Oberfläche mit Niederfrequenz-Pulspaketen beaufschlagt wird. Eine Einzelpuls-Repetitionsrate der einzelnen Laserpulse in den Niederfrequenz-Pulspaketen beträgt dabei von mindestens 10 MHz bis höchstens 100 MHz, vorzugsweise von mindestens 40 MHz bis höchstens 80 MHz, vorzugsweise 50 MHz. Insoweit hat sich herausgestellt, dass mit Niederfrequenz-Pulspaketen eine noch höhere Oberflächenqualität erreicht werden kann, als mit Hochfrequenz-Pulspaketen. Allerdings ist das Glätten mit Niederfrequenz-Pulspaketen deutlich langsamer, als mit Hochfrequenz-Pulspaketen. Daher wird bevorzugt mit Hochfrequenz-Pulspaketen vorgeglättet, insbesondere im Sinne eines groben Schlichtens, wobei anschließend mit Niederfrequenz-Pulspaketen nachgeglättet wird, um die Oberflächenqualität weiter zu steigern, was auch als feines Schlichten oder Feinschlichten bezeichnet werden kann.
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Insgesamt wird im Rahmen des Verfahrens also bevorzugt durch den ersten Abtragsmodus ein Schruppen der bearbeiteten Oberfläche erreicht, wobei durch den zweiten Abtragsmodus ein grobes Schlichten erfolgt, und durch den dritten Abtragsmodus ein Feinschlichten.
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Die Niederfrequenz-Pulspakete folgen bevorzugt zeitlich mit einer Pulspaket-Repetitionsrate auf der kHz-Skala, insbesondere von einigen kHz oder einigen 10 kHz, oder einigen 100 kHz, aufeinander.
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Wird in dem ersten Abtragsmodus eine Mehrzahl von als Niederfrequenz-Pulspakete ausgebildeten Niederfrequenz-Laserpulszügen verwendet, entspricht bevorzugt insoweit der dritte Abtragsmodus dem ersten Abtragsmodus.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberfläche in dem dritten Abtragsmodus mit einer Kombination aus den Niederfrequenz-Pulspaketen und dem als Niederfrequenz-Einzelpulszug ausgestalteten Niederfrequenz-Laserpulszug, vorzugsweise einer Mehrzahl von Niederfrequenz-Einzelpulszügen, beaufschlagt wird. Dabei können sich insbesondere Niederfrequenz-Einzelpulszüge und Niederfrequenz-Pulspakete abwechseln. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine besonders hohe Abtragsqualität mit zugleich sehr hoher Oberflächengüte.
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Insbesondere ist es möglich, dass die Oberfläche zunächst mit dem ersten Abtragsmodus und anschließend mit dem zweiten Abtragsmodus bearbeitet wird. Diese Abfolge von Abtragsmodi kann auch wiederholt, insbesondere mehrfach wiederholt werden, insbesondere abhängig von dem zu bearbeitenden Material. Dies wird insbesondere iterativ durchgeführt, wenn die Bearbeitung mit dem ersten Abtragsmodus eine höhere Abtragsrate ermöglicht als der zweite Abtragsmodus, wobei jedoch in dem ersten Abtragsmodus Störgeometrien auftreten, die dann in dem zweiten Abtragsmodus entfernt bzw. geglättet werden. Nach einer Glättung mit dem zweiten Abtragsmodus, insbesondere nach einer letzten Verwendung des zweiten Abtragsmodus, kann anschließend der dritte Abtragsmodus eingesetzt werden, um die Oberflächenqualität nochmals zu steigern. Dabei können allein Niederfrequenz-Pulspakete zur Anwendung kommen, aber auch eine Kombination von Niederfrequenz-Pulspaketen mit Niederfrequenz-Einzelpulszügen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberfläche nach der Bearbeitung in dem dritten Abtragsmodus mit einem Niederfrequenz-Einzelpulszug, vorzugsweise einer Mehrzahl von Niederfrequenz-Einzelpulszügen, beaufschlagt wird. Dies kann insbesondere durchgeführt werden, um in vorteilhafter Weise einen Grat an einer Abtragskante zu entfernen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Niederfrequenz-Laserpulszug von einem ersten Lasersystem erzeugt werden, wobei die Hochfrequenz-Pulspakete von einem zweiten, von dem ersten Lasersystem verschiedenen Lasersystem erzeugt werden. Auf diese Weise können verschiedene Lasersysteme zum Einsatz kommen, die speziell für die Erzeugung von Niederfrequenz-Laserpulszügen einerseits sowie die Erzeugung von Hochfrequenz-Pulspaketen andererseits eingerichtet sind. Durch geeignete optische Komponenten kann die Laserstrahlung von beiden Lasersystemen an eine gleiche Zielposition, insbesondere auf die zu behandelnde Oberfläche, gelenkt werden, wobei mithilfe wenigstens einer optischen Komponente zwischen den Lasersystemen umgeschaltet werden kann. Dies kann in besonders einfacher Weise ein klappbarer, kippbarer oder rotierbarer Spiegel, in komplexerer Weise aber auch ein optischer Modulator, insbesondere ein akustooptischer Modulator, ein elektrooptischer Modulator oder ein mikro-elektro-mechanisches System sein.
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Das zweite Lasersystem ist bevorzugt insbesondere eingerichtet zur Erzeugung der Hochfrequenz-Pulspakete des zweiten Abtragsmodus mit einer Einzelpuls-Repetitionsrate der einzelnen Laserpulse in den Hochfrequenz-Pulspaketen von mindestens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz.
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Die Niederfrequenz-Pulspakete des dritten Abtragsmodus werden dagegen bevorzugt von dem ersten Lasersystem erzeugt, welches auch die Niederfrequenz-Laserpulszüge für den ersten Abtragsmodus erzeugt.
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Alternativ ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Niederfrequenz-Laserpulszug und die Hochfrequenz-Pulspakete von einem selben Lasersystem erzeugt werden, wobei das Lasersystem zwischen einem Niederfrequenz-Betrieb und einem Hochfrequenz-Betrieb umgeschaltet wird. Dies stellt eine besonders kompakte, bauraumsparende und auch einfach bedienbare sowie schnell umschaltbare Ausgestaltung eines Lasersystems zur Durchführung des Verfahrens dar. Dabei weist das Lasersystem bevorzugt einerseits eine Einzelpulsquelle und andererseits eine Hochfrequenz-Laserpulsquelle auf, zwischen denen mit einer geeigneten Strahlumschalteinrichtung umgeschaltet werden kann. Diese Umschalteinrichtung weist bevorzugt wenigstens eine aktive optische Komponente, insbesondere einen optischen Modulator, vorzugsweise einen akustooptischen Modulator, einen elektrooptischen Modulator, oder ein mikro-elektro-mechanisches System auf.
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Die Hochfrequenz-Laserquelle kann als Hochfrequenz-Laserdiode, oder als Repetitionsratenvervielfacher ausgebildet sein, wobei ein solcher Repetitionsratenvervielfacher einerseits von einem Anregunglaser gespeist werden kann, der zugleich auch die Einzelpulse für den Niederfrequenz-Laserpulszug erzeugt, wobei andererseits ein solcher Repetitionsratenvervielfacher aber auch von einer Laserdiode gespeist werden kann, die selbst nicht zur Erzeugung von Hochfrequenz-Laserpulsen eingerichtet ist.
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Besonders bevorzugt wird ein Lasersystem, bei welchem ein Anregungslaser sowohl den Niederfrequenz-Laserpulszug erzeugt als auch den Repetitionsratenvervielfacher speist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Lasersystems, das eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform eines Verfahren zum Abtragen von Material von einer Oberfläche;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Modus-Änderungseinrichtung und insbesondere eins Repetitionsratenvervielfachers für das Lasersystem gemäß 1;
- 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens in Form eines Flussdiagramms;
- 4 eine schematische Darstellung der verschiedenen Abtragsmodi gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens;
- 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens für ein erstes Material, und
- 6 eine schematische Darstellung eines bekannten Verfahrens sowie einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäß bevorzugten Verfahrens für ein zweites Material.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Lasersystems 100, das eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform eines im Folgenden näher erläuterten Verfahrens zum Abtragen von Material von einer Oberfläche.
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Im Rahmen dieser Ausführungsform des Verfahrens wird Material mittels des Lasersystems 100 von einer Oberfläche abgetragen, wobei die Oberfläche zum Abtragen von Material von der Oberfläche in einem ersten Abtragsmodus mit wenigstens einem Niederfrequenz-Laserpulszug, bevorzugt einem Niederfrequenz-Einzelpulszug, des Lasersystems 100 und in einem zweiten Abtragsmodus mit Hochfrequenz-Pulspaketen beaufschlagt wird, wobei eine Einzelpuls-Repetitionsrate von einzelnen Laserpulsen in den Hochfrequenz-Pulspaketen von mindestens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz beträgt.
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Die zeitliche Länge eines Hochfrequenz-Pulspakets beträgt vorzugsweise mindestens 10 ns bis höchstens 10 µs. Alternativ oder zusätzlich umfasst ein Hochfrequenz-Pulspaket bevorzugt mindestens 5 einzelne Laserpulse. Vorzugsweise umfasst ein Hochfrequenz-Pulspaket mindestens 10 einzelne Laserpulse.
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Das in 1 dargestellte Lasersystem 100 ist eingerichtet, um sowohl die Niederfrequenz-Laserpulszüge für den ersten Abtragsmodus als auch die Hochfrequenz-Pulspakete für den zweiten Abtragsmodus zu erzeugen, sodass die Niederfrequenz-Laserpulszüge und die Hochfrequenz-Pulspakete von demselben Lasersystem 100 erzeugt werden. Das Lasersystem 100 ist dabei zwischen einem Niederfrequenz-Betrieb und einem Hochfrequenz-Betrieb umschaltbar, und wird im Rahmen des Verfahrens zwischen dem Niederfrequenz-Betrieb - für den ersten Abtragsmodus - und dem Hochfrequenz-Betrieb - für den zweiten Abtragsmodus - umgeschaltet. Alternativ ist es möglich, dass die Niederfrequenz-Laserpulszüge von einem ersten Lasersystem erzeugt werden, wobei die Hochfrequenz-Pulspakete von einem zweiten, von dem ersten Lasersystem verschiedenen Lasersystem erzeugt werden.
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Das Lasersystem 100 weist einen Anregungslaser 10 auf, der eingerichtet ist zur Erzeugung von Laserpulsen, insbesondere mit einer Einzelpuls-Repetitionsrate von weniger als 0,5 GHz, insbesondere von einigen kHz, einigen 100 kHz, oder auch einigen MHz, insbesondere einigen 100 MHz. Das Lasersystem 100 weist außerdem einen Pulsstrecker 20 zur zeitlichen Pulsstreckung, eine Modus-Änderungseinrichtung 30 zum Umschalten des Lasersystems 100 zwischen dem Niederfrequenz-Betrieb und dem Hochfrequenz-Betrieb, einen ersten Vorverstärker 50, eine - erste - Pulsauswahleinrichtung 60 zur Auswahl von einzelnen Pulsen oder Pulspaketen, einen zweiten Vorverstärker 70 und einen Hauptverstärker 80 auf. Außerdem weist das Lasersystem 100 eine weitere, zweite Pulsauswahleinrichtung 90 auf, mit der einzelne Laserpulse oder Pulspakete auswählbar sind. Weiterhin weist es einen Pulskompressor 110 auf, um die durch den Pulsstrecker 20 zeitlich gestreckten Einzelpulse oder Pulspakete wiederum zeitlich zu komprimieren, nachdem sie verstärkt worden sind.
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Es ist möglich, dass das Lasersystem 100 außerdem eine nichtlineare optische Komponente 120 aufweist, die eingerichtet ist zur Frequenzumwandlung des Laserlichts des Anregungslasers 10, insbesondere zur Frequenzvervielfachung, beispielsweise Frequenzverdopplung, wie zum Beispiel zur Erzeugung einer zweiten Harmonischen der Anregungswellenlänge.
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Außerdem weist das Lasersystem 100 bevorzugt eine Steuereinrichtung 130 auf, die eingerichtet ist zur Ansteuerung der Modus-Änderungseinrichtung 30, um von dem Niederfrequenz-Betrieb in den Hochfrequenz-Betrieb - und zurück - zu schalten.
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Die erste Pulsauswahleinrichtung 60 kann insbesondere als optischer Modulator, vorzugsweise als akustooptischer Modulator oder als elektrooptischer Modulator, oder als mikro-elektro-mechanisches System ausgebildet sein. Entsprechend kann die weitere, zweite Pulsauswahleinrichtung 90 alternativ oder zusätzlich als optischer Modulator, insbesondere als akustooptischer Modulator oder elektrooptischer Modulator, oder als mikro-elektro-mechanisches System ausgebildet sein.
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Die hier dargestellten Komponenten müssen nicht alle vorhanden sein; auch können weitere, hier nicht dargestellte Komponenten hinzutreten. Außerdem müssen die hier dargestellten Komponenten keinesfalls zwingend in der hier wiedergegebenen Reihenfolge angeordnet sein, auch andere Anordnungen der Komponenten relativ zueinander sind möglich.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Modus-Änderungseinrichtung 30. Diese weist einen Strahlverteiler 31 auf, der eingerichtet ist, um einen Laserstrahl oder Laserpuls zeitlich und/oder räumlich aufzuteilen auf zwei Strahlstrecken, hier auf eine Hochfrequenz-Laserpulsquelle 40 einerseits und eine Einzelpulsstrecke 32 andererseits.
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Ausgangsseitig weist die Modus-Änderungseinrichtung 30 ein Strahlwähler 33 auf, der eingerichtet ist, um Laserlicht oder Laserpulse aus den beiden Strahlstrecken auf einen gemeinsamen Pfad zu leiten, insbesondere zu einer gemeinsamen Zielposition.
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Die Hochfrequenz-Laserpulsquelle 40 ist als Repetitionsratenvervielfacher 47 ausgebildet, wobei diesem Laserpulse aus Anregungslaser 10 zuleitbar sind. Der Repetitionsratenvervielfacher 47 ist eingerichtet, um eine Einzelpuls-Repetitionsrate der Einzelpulse des Anregungslasers 10 zu vervielfachen.
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Der Strahlverteiler 31 ist hier eingerichtet, um Laserlicht des Anregungslasers 10 zeitlich und/oder räumlich auf den Repetitionsratenvervielfacher 47 einerseits und die Einzelpulsstrecke 32 andererseits aufzuteilen. Der Strahlwähler 33 ist eingerichtet, um hier insbesondere dem Verstärker 80, vorzugsweise dem ersten Vorverstärker 50, in dem Hochfrequenz-Betrieb wenigstens einen Hochfrequenz-Laserpulszug aus dem Repetitionsratenvervielfacher 47, und in dem Niederfrequenz-Betrieb Laserpulse aus der Einzelpulsstrecke 32 zuzuleiten.
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Hochfrequenz-Pulspakete werden vorzugsweise durch periodische Ansteuerung der ersten Pulsauswahleinrichtung 60 und/oder der zweiten Pulsauswahleinrichtung 90 aus dem Hochfrequenz-Laserpulszug erzeugt. Niederfrequenz-Pulspakete werden vorzugsweise entsprechend durch periodische Ansteuerung der ersten Pulsauswahleinrichtung 60 und/oder der zweiten Pulsauswahleinrichtung 90 aus den Laserpulsen der Einzelpulsstrecke 32 erzeugt.
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Der Strahlverteiler 31 ist bevorzugt als passiver Strahlteiler, vorzugsweise mit konstantem Aufteilungsverhältnis, ausgebildet. Alternativ kann er auch als aktive Strahlschalteinrichtung, insbesondere als akustooptischer Modulator, als elektrooptischer Modulator, oder als mikro-elektro-mechanisches System ausgebildet sein.
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Schließlich ist es auch möglich, dass der Strahlverteiler 31 als Kombination aus einem passiven Strahlteiler und einer aktiven Strahlschalteinrichtung ausgebildet ist.
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Der Strahlwähler 33 ist bevorzugt als Strahlumschalter, das heißt als aktiv schaltbare Komponente, insbesondere als aktive Strahlschalteinrichtung, insbesondere als akustooptischer Modulator, als elektrooptischer Modulator, oder als mikro-elektro-mechanisches System ausgebildet. Alternativ ist es auch möglich, dass der Strahlwähler 33 als Kombination aus einem passiven Strahlkombinierer mit wenigstens einer aktiven Strahlbeeinflussungseinrichtung, bevorzugt mit jeweils einer aktiven Strahlbeeinflussungseinrichtung in jeder der Strahlstrecken, hier also in der Einzelpulsstrecke 32 einerseits und dem Repetitionsratenvervielfacher 47 andererseits, ausgebildet. Der Strahlwähler 33 kann aber auch als passiver Strahlkombinierer ausgebildet sein, insbesondere wenn der Strahlverteiler 31 als aktive Strahlschalteinrichtung ausgebildet ist.
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Eine aktive Strahlbeeinflussungseinrichtung ist insbesondere eingerichtet, um Licht aus der jeweiligen Strahlstrecke wahlweise zu dem Strahlwähler 33 durchzulassen, oder den Lichtweg zu dem Strahlwähler 33 zu sperren, insbesondere indem das Licht in der jeweiligen Strahlstrecke gedämpft oder von dem Strahlwähler 33 weggeleitet wird, beispielsweise in einen Beam Dump (Strahlfalle). Die aktive Strahlbeeinflussungseinrichtung kann als optischer Modulator, insbesondere als akustooptischer Modulator, als elektrooptischer Modulator, oder als mikro-elektro-mechanisches System ausgebildet sein, oder aber auch als klapp-, kipp- oder drehbarer Spiegel.
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Sowohl die Einzelpulsstrecke 32 als auch der Repetitionsratenvervielfacher 47 sind bevorzugt als faseroptische Komponenten ausgebildet oder weisen faseroptische Komponenten auf. Die Einzelpulsstrecke 32 weist bevorzugt eine Einzelpuls-Verzögerungsstrecke 34 zum Ausgleich von Dispersion auf.
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Der Repetitionsratenvervielfacher 47 weist eingangsseitig einen Vervielfacher-Strahlteiler 41 auf, der die ankommenden Laserpulse aufteilt auf eine Verzögerungsstrecke 42 einerseits und eine Durchgangsstrecke 43 andererseits. Die Verzögerungsstecke 42 weist dabei einen längeren Lichtweg auf als die Durchgangsstrecke 43, sodass der die Verzögerungsstrecke 42 durchlaufende Laserpuls relativ zu dem die Durchgangsstrecke 43 durchlaufenden Laserpuls verzögert wird.
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Der Repetitionsratenvervielfacher 47 weist außerdem eine Mehrzahl von Kombinationselementen 44 auf, die jeweils einen Strahlkombinierer und einen Strahlteiler miteinander kombinieren, auf, wobei hier jeweils die Laserstrahlung aus der Durchgangsstrecke 43 einerseits und der Verzögerungsstrecke 42 andererseits zunächst miteinander kombiniert und dann wieder aufgeteilt wird auf eine nachfolgende Verzögerungsstrecke 42 und eine nachfolgende Durchgangsstrecke 43. Dies kann grundsätzlich beliebig oft wiederholt werden, wobei bevorzugt aufeinanderfolgende Verzögerungsstrecken 42 jeweils eine sich je nach Ausgestaltung des Repetitionsratenvervielfachers 47 verdoppelnde oder - wie bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel - halbierende Länge aufweisen, sodass im Ergebnis entweder den Repetitionsratenvervielfacher 47 durchlaufende Laserpulszüge vervielfacht, oder - wie bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel - die Einzelpuls-Repetitionsrate vervielfacht wird, nämlich pro durchlaufener Verzögerungsstrecke um einen Faktor 2. Ausgangsseitig weist der Repetitionsratenvervielfacher 47 einen Vervielfacher-Strahlkombinierer 45 auf, der die Laserstrahlung aus einer letzten Durchgangsstrecke 43 mit der Laserstrahlung aus einer letzten Verzögerungsstrecke 42 kombiniert und als Hochfrequenz-Laserpulszug an den Strahlkombinierer 33 weiterleitet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. Dabei startet das Verfahren in einem ersten Schritt S1. In einem zweiten Schritt S2 wird die zu behandelnde Oberfläche in dem ersten Abtragsmodus mit wenigstens einem Niederfrequenz-Laserpulszug des Lasersystems 100 beaufschlagt, insbesondere um eine Abtragskante ohne Gratbildung auszubilden oder zu bearbeiten, und/oder um einen raschen, effizienten Abtrag bis zu einem Auftreten einer Störgeometrie zu gewährleisten.
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In einem dritten Schritt S3 wird anschließend die Oberfläche in dem zweiten Abtragsmodus mit Hochfrequenz-Pulspaketen beaufschlagt, wobei die Einzelpuls-Repetitionsrate der einzelnen Laserpulse in den Hochfrequenz-Pulspaketen von mindestens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz beträgt. Hierdurch kann insbesondere ein - abhängig von dem bearbeiteten Material - besonders schneller und/oder effizienter Flächenabtrag erreicht werden; und/oder eine in dem zweiten Schritt S2 entstandene Störgeometrie kann geglättet werden.
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Der zweite Schritt S2 und der dritte Schritt S3 können abwechselnd iterativ wiederholt werden, um die Oberfläche zu bearbeiten. Dies wird insbesondere dann bevorzugt, wenn bei dem bearbeiteten Material der Abtrag mit einem Niederfrequenz-Laserpulszug oder einer Mehrzahl von Niederfrequenz-Laserpulszügen in dem ersten Abtragsmodus schneller und/oder effizienter erfolgt, als der Abtrag mit den Hochfrequenz-Pulspaketen in dem zweiten Abtragsmodus. Dann kann insbesondere so lange in dem ersten Abtragsmodus gearbeitet werden, bis eine Störgeometrie auftritt, wobei anschließend die Störgeometrie mit dem zweiten Abtragsmodus entfernt und die Oberfläche geglättet werden kann. Anschließend kann wieder zurück in den ersten Abtragsmodus geschaltet werden.
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Dabei ist es insbesondere möglich, dass in dem ersten Abtragsmodus ein Schruppen oder Vorbearbeiten der Oberfläche realisiert wird, wobei eine erste, größere Rauheit der Oberfläche resultiert, wobei anschließend in dem zweiten Abtragsmodus die Oberfläche feinbearbeitet, insbesondere geschlichtet wird, wobei eine zweite, geringere Rauheit an der Oberfläche erzeugt wird.
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In einem vierten Schritt S4 wird die Oberfläche bevorzugt nach der Bearbeitung in dem zweiten Abtragsmodus in einem dritten Abtragsmodus bearbeitet, in welchem sie mit Niederfrequenz-Pulspaketen beaufschlagt wird, wobei eine Einzelpuls-Repetitionsrate von einzelnen Laserpulsen in den Niederfrequenz-Pulspaketen von mindestens 10 MHz bis höchstens 100 MHz, insbesondere 50 MHz beträgt. In diesem dritten Abtragsmodus kann die Oberfläche noch stärker geglättet werden, d.h. es wird hier eine dritte, nochmals kleinere Rauheit erzielt, die kleiner ist als die zweite Rauheit. Somit wird insbesondere in dem zweiten Abtragsmodus ein grobes Schlichten verwirklicht, während in dem dritten Abtragsmodus ein Nachglätten oder feines Schlichten, auch als Feinschlichten bezeichnet, verwirklicht wird.
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Es ist möglich, dass die Oberfläche in dem dritten Abtragsmodus mit einer Kombination aus den Niederfrequenz-Pulspaketen und wenigstens einem Niederfrequenz-Einzelpulszug beaufschlagt wird. Dabei können sich insbesondere Niederfrequenz-Pulspakete und Niederfrequenz-Einzelpulszüge abwechseln.
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In einem fünften Schritt S5 wird die Oberfläche bevorzugt nach der Bearbeitung in dem dritten Abtragsmodus mit wenigstens einem Niederfrequenz-Einzelpulszug beaufschlagt. Dies kann insbesondere durchgeführt werden, um in vorteilhafter Weise einen Grat an einer Abtragskante zu entfernen.
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In einen sechsten Schritt S6 endet das Verfahren.
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4 zeigt eine schematische Darstellung verschiedener Abtragsmodi gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens. Dabei ist in einem Diagramm eine optische Ausgangsleistung P des Lasersystems 100 aufgetragen gegen die Zeit t. Bei A ist der erste Abtragsmodus schematisch dargestellt, wobei hier ein in bevorzugter Ausgestaltung als Niederfrequenz-Einzelpulszug 145 ausgebildeter Niederfrequenz-Laserpulszug 140 mit Einzelpulsen 150 erzeugt wird, wobei von den Einzelpulsen 150 der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einer mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet ist, wobei die Einzelpulse 150 mit einer Einzelpuls-Repetitionsrate von einigen kHz, einigen 100 kHz, oder auch einigen MHz, insbesondere auch einigen 100 MHz, zeitlich aufeinanderfolgen.
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Bei B ist schematisch der zweite Abtragsmodus dargestellt. Insbesondere ist hier ein Hochfrequenz-Pulspaket 170 dargestellt, das eine Mehrzahl einzelner Laserpulse 160 umfasst, die innerhalb des Hochfrequenz-Pulspakets 170 mit einer Einzelpuls-Repetitionsrate von mindestens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz aufeinanderfolgen. In dem zweiten Abtragsmodus wird eine Mehrzahl solcher Hochfrequenz-Pulspakete 170 erzeugt, die mit einer Pulspaket-Repetitionsrate auf der kHz-Skala oder auf der MHz-Skala, insbesondere von einigen kHz, einigen 100 kHz, einigen MHz oder einigen 100 MHz, zeitlich aufeinanderfolgen.
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Bei C ist schließlich der dritte Abtragsmodus dargestellt, wobei hier beispielhaft zwei Niederfrequenz-Pulspakete 190 dargestellt sind, wobei die Einzelpuls-Repetitionsrate von einzelnen Laserpulsen 160 in den Niederfrequenz-Pulspaketen 190 von mindestens 10 MHz bis höchstens 100 MHz, insbesondere 50 MHz, beträgt. Die einzelnen Niederfrequenz-Pulspakete folgen bevorzugt mit einer Pulspaket-Repetitionsrate auf der kHz-Skala, insbesondere von einigen kHz oder einigen 10 kHz, oder einigen 100 kHz, aufeinander.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens für ein erstes Material, hier insbesondere für einen Volumenabtrag einer Silizium-Oberfläche. Dabei sind in zwei vertikal orientierten Diagrammen zwei Größen jeweils gegen eine erzielte Abtragstiefe T aufgetragen, nämlich links die Abtragsrate V, und rechts die Rauheit R der behandelten Oberfläche. Die vertikale Achse der erzielten Abtragstiefe T ist zugleich eine Zeitachse, da die Abtragstiefe - wenn auch nicht notwendig linear - mit der Zeit zunimmt. Zwischen den beiden Diagrammen ist insbesondere eine Abfolge von Bearbeitungsschritten der Oberfläche dargestellt. Dabei wird die Oberfläche zunächst bei I in dem ersten Abtragsmodus mit wenigstens einem bevorzugt als Niederfrequenz-Einzelpulszug ausgebildeten Niederfrequenz-Laserpulszug bearbeitet. Es zeigt sich, dass die Abtragsrate V dabei mit der erzielten Abtragstiefe T sinkt, während zugleich die Rauheit R ansteigt. Ab einem gewissen Schwellenwert der Abtragsrate V oder der erzielten Rauheit R wird umgeschaltet in den zweiten Abtragsmodus, und die Oberfläche wird bei II mit Hochfrequenz-Pulspaketen beaufschlagt, bei denen die Einzelpuls-Repetitionsrate von einzelnen Laserpulsen in den Hochfrequenz-Pulspaketen von mindestens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz beträgt. Die Abtragsrate V steigt dabei wieder an bis zu einem Maximum, wobei nach Erreichen dieses Maximums die Abtragsrate V und damit zugleich die Abtragseffizienz gleich bleiben, und ein homogener Antrag verwirklicht wird. Zugleich nimmt die Rauheit R mit zunehmender erzielter Abtragstiefe T ab. Die Zunahme der Rauheit R in dem ersten Abtragsmodus bei I ist dabei insbesondere auf den Aufbau einer Störgeometrie zurückzuführen, die anschließend in dem zweiten Abtragsmodus bei II abgetragen wird, sodass die Oberfläche geglättet wird. Wichtig ist auch, dass die Abtragsrate V in dem ersten Abtragsmodus bei I dadurch abnimmt, dass die Rauheit R zunimmt, da sich hier die Störgeometrie ausbildet, die zu einem zunehmend inhomogenen Abtrag und einer abnehmenden Effizienz des Abtrags führt.
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Bei Silizium ist - wie in 5 dargestellt - die Abtragsrate V in dem zweiten Abtragsmodus höher als in dem ersten Abtragsmodus.
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Im Falle von Silizium profitiert das Verfahren stark von einer temperaturabhängigen Erhöhung der Absorption aufgrund der kurzen zeitlichen Pulsabstände in den Hochfrequenz-Pulspaketen des zweiten Abtragsmodus. Daher lässt sich auf Silizium in dem zweiten Abtragsmodus deutlich mehr Volumen pro Zeit bei gleicher mittlerer Leistung abtragen, als in dem ersten Abtragsmodus.
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Bei III wird schließlich die Oberfläche in dem dritten Abtragsmodus mit Niederfrequenz-Pulspaketen beaufschlagt, wobei hier die Abtragsrate V zwar geringer ist als in dem zweiten Abtragsmodus, jedoch die Oberfläche noch stärker geglättet wird, sodass die Rauheit R weiter abnimmt.
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Schließlich wird die Oberfläche bei IV wiederum mit wenigstens einem Niederfrequenz-Einzelpulszug beaufschlagt, insbesondere um eine Gratbildung an einer Abtragskante zu entfernen.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines bekannten Verfahrens bei a), sowie einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäß bevorzugten Verfahrens bei b), jeweils für ein zweites Material, hier insbesondere Edelstahl. Die Bezeichnungen der einzelnen Bereiche und Größen in den Diagrammen ist analog zu 5 gewählt.
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Wie bereits ausgeführt, ist bei a) eine bekannte Ausführungsform eines Verfahrens zum Abtragen von Material von einer Edelstahl-Oberfläche dargestellt. Dabei wird hier in einem optimalen Arbeitspunkt der Fluenz bei einem Maximum der Abtragseffizienz mit wenigstens einem Niederfrequenz-Einzelpulszug Material abgetragen. Dabei ist die Pulsenergie limitiert durch die optimale Fluenz an diesem Arbeitspunkt. Dies ist insbesondere nachteilig mit Blick auf die Verwendung moderner Lasersysteme, deren Leistung nicht hinreichend umgesetzt werden kann, wobei auch die Abtragsrate gering und damit insbesondere die Prozessgeschwindigkeit verbesserungswürdig ist. Eine Steigerung der Einzelpuls-Repetitionsrate, der Fluenz und/oder der mittleren Leistung ist nicht möglich, wenn die Ausbildung von Störgeometrien, insbesondere von konusähnlichen Vorsprüngen, vermieden werden soll.
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Bei b) ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäß bevorzugten Verfahrens für Edelstahl dargestellt. Hierbei wird der Arbeitspunkt zu einer höheren Fluenz hin verlassen, was höhere Abtragsraten trotz schlechterer Effizienz ermöglicht. Dafür muss allerdings die Ausbildung von Störgeometrien in Kauf genommen werden, die jedoch im Rahmen des erfindungsgemäß bevorzugten Verfahrens in dem zweiten Arbeitsmodus entfernt werden können.
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Im Unterschied zu Silizium ist allerdings bei Edelstahl die Abtragsrate V in dem ersten Abtragsmodus jedenfalls vor der Ausbildung der Störgeometrie höher als in dem zweiten Abtragsmodus. Daher wird hier der erste Abtragsmodus jeweils bei I so lange angewandt, bis eine Störgeometrie mit einer bestimmten Grenzrauheit R auf der Oberfläche aufgebaut, oder die Abtragsrate V bis zu einer bestimmten Schwelle abgefallen ist. Anschließend wird die Störgeometrie bei II in dem zweiten Abtragsmodus geglättet, wonach wieder zurückgeschaltet wird in den ersten Abtragsmodus, sodass die Bereiche I, II einander abwechseln.
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Auf Edelstahl - sowie auf vielen anderen Metallen - gibt es auf der für die Hochfrequenz-Pulspakete gewählten Zeitskala starke Abschirmeffekte aufgrund der kurzen zeitlichen Pulsabstände, weshalb man hier in dem zweiten Abtragsmodus nicht an Effizienz gewinnt, sondern nur Vorteile durch die Glättungseffekte generieren kann.
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Schließlich folgt auch hier ein feineres Glätten oder Feinschlichten bei III in dem dritten Abtragsmodus, und schließlich eine weitere Bearbeitung bei IV wiederum mit wenigstens einem Niederfrequenz-Einzelpulszug, insbesondere um eine Gratbildung im Bereich einer Abtragskante zu entfernen.
