DE112008002165T5

DE112008002165T5 - Verfahren und System zur Laserbearbeitung einer Primärfläche eines Werkstücks unter Verwendung einer beispielsweise aus Korund hergestellten Maskenvorrichtung

Info

Publication number: DE112008002165T5
Application number: DE112008002165T
Authority: DE
Inventors: Zhaoli Dunlap Hu; Marion B. Princeville Grant
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2007-08-15
Filing date: 2008-08-15
Publication date: 2010-06-24
Also published as: US8242408B2; CN101795809A; WO2009023278A1; US20090045180A1

Abstract

Verfahren zur Laserbearbeitung einer Primärfläche (30) eines Werkstücks (15), wobei das Werkstück die Primärfläche und eine Sekundärfläche (40) enthält, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen einer Maskenvorrichtung (35) mit einer aus einem Material ausgebildeten Spitze (45), wobei das Material mindestens eines der Materialien Korund, kubisches Zirkoniumdioxid, Spinell, Diamant oder Aluminiumoxidkeramik enthält,
Positionieren der Maskenvorrichtung derart, dass ein Oberflächenabschnitt (100) der Spitze der Maskenvorrichtung benachbart zu einer Innenseite (105) der Primärfläche des Werkstücks ist,
Kontaktieren der Primärfläche des Werkstücks mit einem Laserstrahl (25) zum Ausbilden eines Lochs durch die Primärfläche, und
Schützen der Sekundärfläche vor der Energie des Laserstrahls durch Absorbieren mindestens eines Teils der Energie des Laserstrahls durch die Spitze der Maskenvorrichtung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung ist auf eine Maskenvorrichtung gerichtet, und insbesondere auf eine Maskenvorrichtung für ein System und ein Verfahren zur Laserbearbeitung.
Hintergrund
Industrielaser werden bei einer Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen verwendet. Ein solcher Bearbeitungsvorgang beinhaltet die Verwendung eines Lasers zum Erzeugen von Löchern, die sich vollständig oder teilweise durch ein Werkstück erstrecken. Im Falle eines Werkstücks in Form einer dünnwandigen Ummantelung ist es häufig wünschenswert, einen Laser zum Ausbilden eines sich durch eine Wand des Werkstücks erstreckenden Lochs zu verwenden. Aufgrund der Geometrie einiger Werkstücke kann der Fall eintreten, dass, nachdem das gewünschte Loch in einer ersten Fläche eines Werkstücks ausgebildet worden ist, der zum Bohren des Lochs verwendete Laserstrahl auf eine zweite Fläche des Werkstücks trifft. Wie in 1 gezeigt, wird beispielsweise ein Laserstrahl 2 zum Ausbilden eines Lochs in einer ersten Fläche 4 eines Werkstücks 6 verwendet. Nachdem der Laserstrahl 2 durch die erste Fläche 4 gedrungen ist, trifft der Laserstrahl 2 auf eine zweite Fläche 8. Solch ein Auftreffen auf der zweiten Fläche 8 kann unerwünschte Auswirkungen auf die zweite Fläche 8 haben. Genauer kann die zweite Fläche 8 auf unbeabsichtigte und unerwünschte Weise bearbeitet oder wärmebehandelt werden. Beispielsweise kann ein zum Bohren von Öffnungen in eine Kraftstoffinjektordüse verwendeter Laserstrahl auf Innenflächen der Kraftstoffinjektordüse treffen und sich auf unerwünschte Weise auf dieselbe auswirken.
Ein Ansatz, um zu verhindern, dass ein Laserstrahl auf eine Fläche eines Werkstücks trifft, besteht darin, den Laserstrahl mit einer Maske zu blockieren. Ein Beispiel für diese Strategie ist in dem am 6. Juni 2000 für Durheim erteilten US-Patent Nr. 6,070,813 (dem Patent '813) beschrieben. Das Patent '813 beschreibt das Anordnen eines Unterlagenmaterials zwischen einer ersten Innenfläche und einer zweiten, nicht zur Bearbeitung vorgesehenen Innenfläche, um zu verhindern, dass ein Laserstrahl durch die erste Innenfläche geht und auf die zweite, nicht zur Bearbeitung vorgesehene Innenfläche trifft. Das Unterlagenmaterial ist ein Block eines Materials aus der folgenden Gruppe von Materialien: Wolfram, Wolframkarbid, Keramik oder ein anderes Hochtemperaturmaterial. Diese Materialien sind in der Lage, eine große Laserenergiemenge zu absorbieren, ohne sich aufzulösen. Das Unterlagenmaterial ist von der ersten Innenfläche durch einen Luftspalt getrennt, der die Aufweitung des Laserstrahls erlaubt und so die Leistungsdichte des auf das Unterlagenmaterial treffenden Strahls verringert. Zusätzlich erlaubt der Spalt die Kühlung des Unterlagenmaterials durch Konvektionsluftströme. Das Unterlagenmaterial wird ersetzt, wenn die Bildung eines Durchgangs in der ersten Innenfläche das Unterlagenmaterial derart beschädigt hat, dass es nicht mehr dazu in der Lage ist, den Laserstrahl zu blockieren und die zweite, nicht zur Bearbeitung vorgesehene Innenfläche zu schützen.
Andere Arten von aus dem Stand der Technik bekannten Masken haben eine zylindrische Form und sind aus Glasfasern hergestellt, die die Energie von Laserstrahlen streuen und absorbieren. Die Glasfasern sind typischerweise zylindrisch und weisen im Wesentlichen flache Enden auf.
Wenngleich das Unterlagenmaterial des Patents '813 und andere Arten von aus dem Stand der Technik bekannten Masken zunächst nicht zur Bearbeitung vorgesehene Innenflächen vor zum Erzeugen von Löchern verwendeten Laserstrahlen schützen können, versagen sie möglicherweise während lang andauernder und/oder sich wiederholender Bearbeitungsvorgänge. Genauer sind Bindungen zwischen den Molekülen und/oder Atomen der Materialien, die in dem Block des Patents '813 und/oder in anderen aus dem Stand der Technik bekannten Masken (Glas) verwendet werden, nicht dazu in der Lage, lang andauernden und/oder sich wiederholenden Bearbeitungsvorgängen standzuhalten. Zusätzlich können Laserstrahlen durch den Spalt des Patents '813 um das Unterlagenmaterial des Patents '813 herum gelangen. Auf ähnliche Weise können Laserstrahlen um zylindrisch geformte Glasfasern herum gelangen. Hindurchgelangte Laserstrahlen können auf nicht zur Bearbeitung vorgesehene Flächen treffen und eine unerwünschte Erwärmung und Bearbeitung dieser nicht zur Bearbeitung vorgesehenen Flächen verursachen.
Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der vorher dargelegten Probleme und/oder andere Probleme des Stands der Technik zu lösen.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen einer Maskenvorrichtung zum Schutz einer Sekundärfläche eines Werkstücks vor der Energie eines Laserstrahls, der zum Bearbeiten einer Primärfläche des Werkstücks verwendet wird. Das Verfahren kann das Auswählen eines Materials beinhalten, wobei das Material mindestens eines der Materialien Korund, kubisches Zirkoniumdioxid, Spinell, Diamant oder Aluminiumoxidkeramik enthält. Das Verfahren kann ferner das Formen eines Stücks des ausgewählten Materials derart, dass ein Oberflächenabschnitt des Stücks ungefähr einer Kontur einer Innenseite der Primärfläche des Werkstücks entspricht, beinhalten.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Laserbearbeitung einer Primärfläche eines Werkstücks. Das Werkstück kann ferner eine Sekundärfläche aufweisen. Das Verfahren kann das Bereitstellen einer Maskenvorrichtung beinhalten, die eine aus einem Material ausgebildete Spitze enthält, wobei das Material mindestens eines der Materialien Korund, kubisches Zirkoniumdioxid, Spinell, Diamant oder Aluminiumoxidkeramik enthält. Das Verfahren kann ferner das Positionieren der Maskenvorrichtung derart, dass ein Oberflächenabschnitt der Spitze der Maskenvorrichtung benachbart zu einer Innenseite der Primärseite des Werkstücks ist, beinhalten. Zusätzlich kann das Verfahren das Kontaktieren der Primärfläche des Werkstücks mit einem Laserstrahl zum Ausbilden eines Lochs durch die Primärfläche beinhalten. Das Verfahren kann ferner beinhalten, dass die Sekundärfläche dadurch vor der Energie des Laserstrahls geschützt wird, dass zumindest ein Teil der Energie des Laserstrahls durch die Spitze der Maskenvorrichtung absorbiert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Laserbearbeitungssystem zur Bearbeitung eines Werkstücks. Das Werkstück kann eine Primärfläche und eine Sekundärfläche enthalten. Das System kann einen Laseremitter enthalten, der zum Emittieren eines Laserstrahls ausgebildet ist. Das System kann ferner eine Maskenvorrichtung enthalten, die einen aus Korund ausgebildeten Absorbierabschnitt enthält. Der Absorbierabschnitt kann einen Oberflächenabschnitt enthalten, der so geformt ist, dass er ungefähr einer Kontur einer Innenseite der Primärfläche des Werkstücks entspricht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung eines Laserstrahls, der durch eine erste Fläche eines Werkstücks dringt und auf eine zweite Fläche des Werkstücks trifft,
2 ist eine Darstellung eines beispielhaften offenbarten Laserbearbeitungssystems mit einer Maskenvorrichtung,
3 ist eine Darstellung einer Spitze zur Verwendung mit der Maskenvorrichtung aus 2, und
4 ist eine Darstellung der Spitze aus 3, die zum Absorbieren mindestens eines Teils der Energie eines durch eine Primärfläche eines Werkstücks dringenden Laserstrahls positioniert ist.
Detaillierte Beschreibung
2 stellt ein beispielhaftes Laserbearbeitungssystem 10 zur Bearbeitung eines Werkstücks 15 dar. Genauer kann das Bearbeitungssystem 10 einen Laseremitter 20 zur Bearbeitung des Werkstücks 15 enthalten. Der Laseremitter 20 kann beispielsweise einen Super-Pulse-Laser, einen Femtosekundenlaser oder einen anderen zur Bearbeitung des Werkstücks 15 geeigneten Laser enthalten. Insbesondere kann der Laseremitter 20 Energie in Form eines Laserstrahls 25 emittieren, der das Werkstück 15 kontaktieren und bearbeiten kann. Es wird in Betracht gezogen, dass der Laserstrahl 25 eine Primärfläche 30 des Werkstücks 15 kontaktieren und ein Loch durch dieselbe ausbilden kann. Nach dem Ausbilden des Lochs kann der Laserstrahl 25 durch die Primärfläche 30 dringen. Aus diesem Grund kann das Bearbeitungssystem 10 ferner eine Maskenvorrichtung 35 zum Schutz einer Sekundärfläche 40 des Werkstücks 15 vor der Energie des Laserstrahls 25 enthalten. Zusätzlich kann das Bearbeitungssystem 10 eine (nicht gezeigte) Montagevorrichtung enthalten, die das Werkstück 15 und die Maskenvorrichtung 35 halten kann und dabei die Maskenvorrichtung 35 bezüglich des Werkstücks 15 positioniert.
Die Maskenvorrichtung 35 kann einen Absorbierabschnitt in Form einer Spitze 45 enthalten, die die Energie des Laserstrahls 25 zumindest teilweise absorbieren kann und dadurch die Sekundärfläche 40 des Werkstücks 15 maskiert oder schützt. Ein Teil der absorbierten Energie, der in Form von thermischer Energie vorliegen kann, kann durch einen Stab 50, der die Spitze 45 halten kann, von der Spitze 45 weggeleitet werden. Beispielsweise kann die Spitze 45 mit dem Stab 50 durch eine mechanische Presspassung verbunden sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Maskenvorrichtung 35 ferner einen Stempel 55 enthalten, der in einem Gehäuse 60 angeordnet ist. Zusammen können der Stempel 55 und das Gehäuse 60 in Verbindung mit der Montagevorrichtung den Stab 50 und die Spitze 45 bezüglich des Werkstücks 15 positionieren, was im Folgenden genauer beschrieben wird.
Die Spitze 45 kann aus einem Material ausgebildet sein, das dazu in der Lage ist, während der Bearbeitung des Werkstücks 15 die Energie des Laserstrahls 25 zu absorbieren. Beispielsweise kann das Material mindestens eines der Materialien Korund, kubisches Zirkoniumdioxid, Spinell, Diamant oder Aluminiumoxidkeramik enthalten. Bei einigen Ausführungsformen kann das Material eine multikristalline Struktur aufweisen, die den Laserstrahl 25 in der Spitze 45 streuen kann. Dies kann verhindern, dass der Laserstrahl 25 in Form eines Strahls aus der Spitze 45 austritt und auf die Sekundärfläche 40 trifft. Die Spitze 45 kann ferner durch eine Bearbeitung so geformt sein, dass sie verhindert, dass der Laserstrahl 25 um die Spitze 45 herum gelangt und auf die Sekundärfläche 40 trifft. Die Form kann in Abhängigkeit von dem Werkstück 15 variieren und wird im Folgenden genauer beschrieben. Zusätzlich kann die Spitze 45 so geformt sein, dass sie das Fokussieren des Laserstrahls 25 im Inneren der Spitze 45 verhindern oder verringern kann, wodurch die Konzentration der Energie des Laserstrahls 25 im Inneren der Spitze 45 verhindert oder verringert wird und die Lebensdauer der Spitze 45 verlängert wird. Beispielsweise kann die Spitze 45 dort, wo der Laserstrahl 25 auf die Spitze 45 treffen kann, asphärisch geformt sein.
Wie vorher erörtert, kann von der Spitze 45 absorbierte Energie durch den Stab 50 von der Spitze 45 weggeleitet werden. Daher kann der Stab 50 aus einem Metall mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium hergestellt sein. Diese hohe thermische Leitfähigkeit kann dem Stab 50 ermöglichen, Energie in Form von thermischer Energie schnell von der Spitze 45 weg zu übertragen und so den Stau der Energie des Laserstrahls 25 in der Spitze 45 verhindern und die Lebensdauer der Spitze 45 verlängern. Wie in 2 dargestellt, kann der Stab 50 ein erstes Stabende 65 aufweisen, das zum Halten der Spitze 45 ausgebildet sein kann. Der Stab 50 kann ferner ein zweites Stabende 70 aufweisen, das eine sphärische Vertiefung zum Verbinden des Stabs 50 mit dem Stempel 55 über einen Verbinder 75 aufweisen kann.
Der Verbinder 75 kann zwei sphärische Enden aufweisen. Ein sphärisches Ende kann so dimensioniert sein, dass es in die sphärische Vertiefung des zweiten Stabendes 70 passt, während das andere sphärische Ende so dimensioniert sein kann, dass es in eine sphärische Vertiefung des Stempels 55 passt. Diese sphärischen Enden des Verbinders 75 können dem Stab 50 und der Spitze 45 ermöglichen, sich bezüglich des Stempels 55 und des Gehäuses 60 zu drehen und zu schwenken. Der Verbinder 75 kann ferner dem Stempel 55 ermöglichen, den Stab 50 und die Spitze 45 bezüglich des Gehäuses 60 lateral zu positionieren (d. h. den Stab 50 und die Spitze 45 entlang einer Achse 80 des Stabs 50 zu bewegen). Dieses laterale Positionieren kann ansprechend auf eine Kraft erfolgen, die von einer Vorspannvorrichtung bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das laterale Positionieren ansprechend auf ein Zusammendrücken und/oder Ausdehnen einer Feder 85 erfolgen, die mit dem Stempel 55 verbunden und in dem Gehäuse 60 angeordnet sein kann. Genauer kann sich die Feder 85 gegen ein Ende des Gehäuses 60 zusammendrücken oder von demselben ausdehnen, wenn der Stab 50 und die Spitze 45 bezüglich des Werkstücks 15 positioniert werden, was bewirkt, dass die Feder 85 gegen den Stempel 55 drückt und den Stab 50 und die Spitze 45 lateral positioniert. Es sei jedoch bemerkt, dass das zweite Stabende 70 zur Begrenzung der Bewegung des Stabs 50 und der Spitze 45 in dem Gehäuse 60 angeordnet sein kann. Genauer kann das zweite Stabende 70 in dem Gehäuse 60 zwischen einer ersten Öffnung 90 und einer zweiten Öffnung 95 des Gehäuses 60 angeordnet sein. Die erste Öffnung 90 kann kleiner als das zweite Stabende 70 sein, was verhindert, dass sich das zweite Stabende 70 über die erste Öffnung 90 hinaus bewegt. Ferner kann die zweite Öffnung 95 mit einer Kappe 97 verschlossen sein, die verhindern kann, dass sich das zweite Stabende 70 über die zweite Öffnung 95 hinaus bewegt. Die Kappe 97 kann ebenfalls das Ende sein, von dem aus sich die Feder 85 ausdehnen kann und gegen das sich die Feder 85 zusammendrücken kann.
Die Maskenvorrichtung 35 kann dadurch zusammengebaut werden, dass zuerst der Stab 50 durch die zweite Öffnung 95 in das Gehäuse 60 eingeführt wird, bis die erste Öffnung 90 den Stab 50 hält (d. h. eine weitere Bewegung des Stabs 50 verhindert). Es sei jedoch bemerkt, dass das erste Stabende 65 durch die erste Öffnung 90 gehen kann, wodurch das erste Stabende 65 freigelegt wird, bevor die erste Öffnung 90 das zweite Stabende 40 hält. Dann können der Verbinder 75, der Stempel 55 und die Feder 85 durch die zweite Öffnung 95 in das Gehäuse 60 eingeführt werden. Als nächstes kann die Kappe 97 beispielsweise über Gewinde oder andere in der Technik bekannte Befestigungsmittel lösbar an der zweiten Öffnung befestigt werden.
Wie vorher erörtert, können der Stempel 55 und das Gehäuse 60 in Verbindung mit der Montagevorrichtung den Stab 50 und die Spitze 45 bezüglich des Werkstücks 15 positionieren. Dieses Positionieren kann in Abhängigkeit von der Form der Spitze 45 und der Form des Werkstücks 15 variieren. Beispielsweise kann wie in 3 und 4 dargestellt die Spitze 45 so geformt sein, dass sie die Sekundärfläche 40 schützt. Die Sekundärfläche 40 kann die Form eines Nadelsitzes eines Kraftstoffinjektors haben. Genauer kann ein Oberflächenabschnitt 100 der Spitze 45 mit einem maximalen Durchmesser derart geformt sein, dass er ungefähr einer Kontur eine Innenseite 105 der Primärfläche 30 des Werkstücks 15 entspricht. Wenngleich die 3 und 4 den Oberflächenabschnitt 100 als kreisförmig darstellen, versteht sich von selbst, dass die 3 und 4 lediglich beispielhafter Natur sind. Der Oberflächenabschnitt 100 kann eine andere Form aufweisen, solange diese ungefähr der Kontur der Innenseite 105 entspricht. Die Form der Spitze 45 kann verhindern, dass der Laserstrahl 25 um die Spitze 45 herum gelangt und auf die Sekundärfläche 40 trifft, nachdem die Spitze 45 durch Bewegen des Gehäuses 60 relativ zu dem Werkstück 15 positioniert worden ist. Insbesondere können/kann das Gehäuse 60 und/oder das Werkstück 15 derart bewegt werden, dass die Spitze 45 in das Werkstück 15 eingeführt wird, bis der Oberflächenabschnitt 100 der Spitze 45 benachbart zu der Innenseite 105 ist. Insbesondere kann die Bewegung die Feder 85 zusammendrücken, was bewirkt, dass die Feder 85 gegen den Stempel 55 drückt und den Stab 50 und die Spitze 45 lateral gegenüber der Innenseite 105 positioniert. Die Bewegung kann ferner bewirken, dass sich der Stab 50 und die Spitze 45 derart bezüglich des Stempels 55 drehen, dass die Spitze 45 und der Stab 50 koaxial mit dem Werkstück 15 ausgerichtet sind.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das offenbarte Laserbearbeitungssystem kann auf Laserbearbeitungsvorgänge angewandt werden, bei denen ein Laserstrahl auf unerwünschte Weise auf eine Fläche eines Werkstücks treffen kann. Insbesondere kann die offenbarte Maskenvorrichtung die Fläche des Werkstücks während lang andauernder und/oder sich wiederholender Bearbeitungsvorgänge schützen. Nun wird unter Bezugnahme auf die 2–4 ein Laserbearbeitungsverfahren beschrieben, das die Maskenvorrichtung verwendet.
Das Verfahren kann das Auswählen eines Materials zur Verwendung bei der Herstellung der Spitze 45 beinhalten. Wie vorher erörtert kann das Material mindestens eines der Materialien Korund, kubisches Zirkoniumdioxid, Spinell, Diamant oder Aluminiumoxidkeramik enthalten. Die Auswahl kann auf der Wellenlänge des Laserstrahls 25 basieren. Beispielsweise kann Rubin (eine Art Korund) ausgewählt werden, wenn die Wellenlänge des Lasers 25 zwischen etwa 490 Nanometern und etwa 570 Nanometern liegt (d. h. wenn der Laserstrahl 25 grün ist). Als ein anderes Beispiel kann blauer Saphir (eine andere Art Korund) ausgewählt werden, wenn die Wellenlänge des Lasers 25 zwischen etwa 800 Nanometern und etwa 2500 Nanometern liegt (d. h. wenn der Laserstrahl 25 im Nahinfrarotbereich liegt). Bei einem weiteren Beispiel kann eine andere Art Korund wie beispielsweise Padparadscha, gelber Saphir, grüner Saphir oder Saphir einer anderen Farbe ausgewählt werden. Durch Auswählen des Materials basierend auf der Wellenlänge des Laserstrahls kann die Fähigkeit der Spitze 45, die Energie des Laserstrahls 25 zu absorbieren, erhöht werden.
Zusätzlich kann das Verfahren das Formen des ausgewählten Materials zum Ausbilden der Spitze 45 beinhalten. Genauer kann ein Stück des ausgewählten Materials derart geformt werden, dass die Spitze 45 den Oberflächenabschnitt 100 der Spitze 45 enthält, der ungefähr der Kontur der Innenseite 105 entspricht. Das Stück des ausgewählten Materials kann ferner dort, wo der Laserstrahl 25 auf dasselbe treffen kann, asphärisch geformt sein, was die Konzentration der Energie des Laserstrahls 25 in dem Inneren der Spitze 45 verhindert oder verringert und die Lebensdauer der Spitze 45 verlängert.
Das Verfahren kann ferner das Verbinden der Spitze 45 mit dem Stab 50 beinhalten, der mit dem Stempel 55 verbunden werden kann, wenn die Maskenvorrichtung 35 zusammengebaut wird. Nach der Herstellung dieser Verbindung können der Stempel 55 und das Gehäuse 60 in Verbindung mit der Montagevorrichtung wie vorher erörtert zum Positionieren des Stabs 50 und der Spitze 45 bezüglich des Werkstücks 15 verwendet werden. Es wird in Betracht gezogen, dass dieses Positionieren verhindern kann, dass der Laserstrahl 25 um die Spitze 45 herum gelangt und sich auf unerwünschte Weise auf die Sekundärfläche 40 auswirkt.
Als Nächstes kann der Laserstrahl 25 von dem Laseremitter 20 in Richtung der Primärfläche 30 emittiert werden. Es wird in Betracht gezogen, dass der Laserstrahl 25 ein Loch durch die Primärfläche 30 ausbilden und auf die Spitze 45 treffen kann. Die Spitze 45 kann zumindest einen Teil der Energie des Laserstrahls 25 reflektieren, was zumindest einen Teil der Energie des Laserstrahls 25 daran hindert, in die Spitze 45 einzutreten, und die Lebensdauer der Spitze 45 verlängert. Diese reflektierte Energie kann derart gestreut werden, dass sie sich nicht auf unerwünschte Weise auf irgendeine Fläche des Werkstücks 15 auswirkt. Die Spitze 45 kann ferner zumindest einen Teil der Energie des Laserstrahls 25 absorbieren, was verhindert, dass sich diese Energie auf unerwünschte Weise auf die Sekundärfläche 40 auswirkt. Nachdem die Energie absorbiert worden ist, kann sie über den Stab 50 von der Spitze 45 weg übertragen werden, was den Stau der Energie des Laserstrahls 25 in der Spitze 45 verhindert und die Lebensdauer der Spitze 45 verlängert.
Für Fachleute ist offensichtlich, dass an dem Verfahren und dem System der vorliegenden Offenbarung verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können. Andere Ausführungsformen des Verfahrens und des Systems werden für Fachleute bei der Betrachtung der Beschreibung und der Anwendung des hierin offenbarten Verfahrens und des hierin offenbarten Systems offensichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente festgelegt wird.
Zusammenfassung
MASKENVORRICHTUNG FÜR EIN SYSTEM UND VERFAHREN ZUR LASERBEARBEITUNG
Es ist ein Laserbearbeitungssystem (10) zur Bearbeitung eines Werkstücks (15) offenbart. Das Werkstück (15) kann eine Primärfläche (30) und eine Sekundärfläche (40) enthalten. Das System kann einen Laseremitter (20) aufweisen, der zum Emittieren eines Laserstrahls (25) ausgebildet ist. Das System kann ferner eine Maskenvorrichtung (35) aufweisen, die einen aus Korund hergestellten Absorbierabschnitt (45) aufweist. Der Absorbierabschnitt (45) kann einen Oberflächenabschnitt (100) aufweisen, der so geformt ist, dass er ungefähr einer Kontur einer Innenseite (105) der Primärfläche (30) eines Werkstücks (15) entspricht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6070813 [0003, 0003, 0005, 0005, 0005, 0005]

Claims

Verfahren zur Laserbearbeitung einer Primärfläche (30) eines Werkstücks (15), wobei das Werkstück die Primärfläche und eine Sekundärfläche (40) enthält, mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer Maskenvorrichtung (35) mit einer aus einem Material ausgebildeten Spitze (45), wobei das Material mindestens eines der Materialien Korund, kubisches Zirkoniumdioxid, Spinell, Diamant oder Aluminiumoxidkeramik enthält, Positionieren der Maskenvorrichtung derart, dass ein Oberflächenabschnitt (100) der Spitze der Maskenvorrichtung benachbart zu einer Innenseite (105) der Primärfläche des Werkstücks ist, Kontaktieren der Primärfläche des Werkstücks mit einem Laserstrahl (25) zum Ausbilden eines Lochs durch die Primärfläche, und Schützen der Sekundärfläche vor der Energie des Laserstrahls durch Absorbieren mindestens eines Teils der Energie des Laserstrahls durch die Spitze der Maskenvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bereitstellen der Maskenvorrichtung das Bereitstellen einer Maskenvorrichtung mit einer aus Korund hergestellten Spitze beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Bereitstellen der Maskenvorrichtung das Bereitstellen einer Maskenvorrichtung mit einer aus blauem Saphir hergestellten Spitze beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, ferner beinhaltend das Bestimmen einer Wellenlänge des Laserstrahls, wobei das Bereitstellen der Maskenvorrichtung das Bereitstellen einer Maskenvorrichtung mit einer Spitze beinhaltet, die aus einem Material hergestellt ist, das basierend auf der Wellenlänge des Laserstrahls ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, ferner beinhaltend das Reflektieren mindestens eines Teils der Energie des Laserstrahls durch die Maskenvorrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, ferner beinhaltend das Wegleiten der Energie in Form von thermischer Energie von der Spitze über einen Stab (50).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, bei dem das Bereitstellen der Maskenvorrichtung das Formen eines Stücks des Materials zu der Spitze beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Formen des Stücks das Formen eines Stücks des Materials beinhaltet, das eine multikristalline Struktur aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7–8, bei dem das Formen des Stücks das asphärische Formen des Stücks beinhaltet.
Laserbearbeitungssystem (10) zur Bearbeitung eines Werkstücks (15), wobei das Werkstück eine Primärfläche (30) und eine Sekundärfläche (40) enthält, mit: einem Laseremitter (20), der zum Emittieren eines Laserstrahls (25) ausgebildet ist, und einer Maskenvorrichtung (35), die einen aus Korund ausgebildeten Absorbierabschnitt (45) enthält, wobei der Absorbierabschnitt einen Oberflächenabschnitt (100) enthält, der so geformt ist, dass er ungefähr einer Kontur einer Innenseite (105) der Primärfläche des Werkstücks entspricht.