DE1292470B - Verfahren zur Materialbearbeitung mittels Strahlungsenergie - Google Patents
Verfahren zur Materialbearbeitung mittels StrahlungsenergieInfo
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Description
Es ist bekannt, Strahlung als Energiequelle zur thermischen Bearbeitung von Materialien zu verwenden.
Hierbei handelt es sich um einen Vorgang, bei dem energiereiche Strahlung, z. B. beschleunigte
Elektronen, von dem zu bearbeitenden Material absorbiert wird und damit eine Wärmequelle direkt in
der Bearbeitungsstelle entsteht. Die Flächenleistungsdichte des auftreffenden Strahlquerschnittes kann
durch geeignete Steuereinrichtungen so gewählt werden, daß bei vielen Werkstoffen die gewünschte thermische
Beeinflussung, z. B. Vorwärmen, Schmelzen oder Verdampfen, eintritt.
Bei der Bearbeitung von Werkstoffen geringen Absorptionsvermögens
(bei Elektronenstrahlen z. B. Kunststoffe, bei Laserstrahlen z. B. Gläser) zeigt es
sich, daß auf Grund der relativ großen Eindringtiefe der Strahlung in diesen Materialien auch bei hoher
Flächenleistungsdichte nicht immer eine für den gewünschten Bearbeitungseffekt ausreichende Volumenleistungsdichte
erzielbar ist. Hierdurch wird in manchen Fällen eine Bearbeitung sogar unmöglich.
Die vorliegende Erfindung zeigt nun die Möglichkeit auf, die Volumenleistungsdichte im oder am zubearbeitenden
Material zu erhöhen und dadurch den Bearbeitungseffekt in gewünschter Weise zu beeinflüssen.
Manche Bearbeitungen, insbesondere im Mikrobereich, können auf diesem Wege überhaupt erst
realisiert werden. Die Erfindung besteht darin, daß durch geeignete dauernde oder vorübergehende Anordnung
von Stoffen mit hohem Absorptionsvermögen in oder an Materialien geringen Absorptionsvermögens
eine Erhöhung der Leistungskonzentration... im Bearbeitungsbereich erzwungen wird.
Die vorteilhafte Wirkung der höheren Leistungskonzentration für abtragende Bearbeitungen, bei der
am Rande der Verdampfungszone auch immer eine in diesem Fall unerwünschte Schmelzzone entsteht,
besteht dann darin, daß sich im Bearbeitungsbereich durch Erhöhung der Temperatur ein relativ hoher
Dampfdruck ausbilden kann, der zu einem explosionsartigen Wegschleudern des angrenzenden geschmolzenen
Materials führt. Auf diese Weise kann vermieden werden, daß nach Abschalten der Energieeinspeisung z. B. ein eben hergestellter Bohrkanal
oder Profildurchbruch durch aufgeschmolzenes Material wieder geschlossen wird. Bei Anordnung des
stark absorbierenden Zusatzes im Material selbst kommt hinzu, daß von vornherein durch die erhöhte
Volumenleistungsdichte der verdampfende Materialanteil gegenüber dem geschmolzenen erhöht wird.
Bei einer dauernden Anordnung von Stoffen hohen Absorptionsvermögens (z. B. in Pulverform) ist der
Einbau dieser Absorptionszentren am wirksamsten, wenn eine möglichst hohe Konzentration gewählt
werden kann. Es muß dabei nur darauf geachtet werden, daß bestimmte Eigenschaften des Grundmaterials,
die für den weiteren Gebrauch notwendig sind, wie z. B. Elastizität, Plastizität, Wärmeleitung, elektrische
Leit- bzw. Isolationsfähigkeit usw., nicht nachteilig beeinflußt werden.
Als erstes Beispiel für die Wirkungsweise der genannten Erfindung soll die Herstellung von Bohrungen
und Profildurchbrüchen in Kunststoffen mittels Elektronenstrahlen erwähnt werden. An Kunststoffschichten,
die mit Metalloxyden gleichmäßig durchsetzt sind, lassen sich Durchbrüche geringer Abmessungen
^m-Bereich) mit sauberen Bearbeitungsrändern erzielen. Mit Schichten aus reinem Kunststoffmaterial
können derartige Bearbeitungen normalerweise nicht mit Erfolg durchgeführt werden, da das
Auftreten von mehr Schmelzgut und dessen Verbleiben in der Bearbeitungszone nach Abschalten des
Elektronenstrahls ein teilweises oder völliges Zufließen von Bohrungen oder Profilen zur Folge hat. Bei
längerer Energiezufuhr bilden sich große Schmelzzonen, in deren Mitte dann relaitv große Durchbrüche
offenbleiben, die aber von unbrauchbaren Randgebieten begrenzt sind.
Als zweites Beispiel kann die Bearbeitung von Aluminiumfolien die vorteilhafte Wirkung eines von
außen in Form einer Unterlage angebrachten Materials höherer Leistungsabsorption aufzeigen. Mit
Elektronenstrahlen lassen sich in Aluminiumfolien, die z. B. auf eine Messingplatte gespannt sind, sehr
saubere, zylindrische Bohrungen und Profile mit geringer Wandrauhigkeit erzielen. Dieser Effekt ist darauf
zurückzuführen, daß durch den relativ hohen Dampfdruck, der beim Auftreffen der Elektronen auf
das Messing entsteht, ziemlich alles geschmolzene Aluminium aus dem Bearbeitungsbereich herausgeschleudert
wird und damit die unerwünschte Wirkung des Schmelzgutes nach Abschalten der Energiezufuhr
vermieden wird.
Als drittes Beispiel sei die Bearbeitung von Glas, das von feinpulverisiertem Metall möglichst gleichmäßig
durchsetzt wird, mit Laserstrahlen genannt. Die Wirkung der Erfindung tritt hier klar hervor, da
erst durch den Zusatz von absorbierendem Fremdmaterial eine Leistungsaufnahme aus dem Laserstrahl
innerhalb des Bearbeitungsbereiches möglich ist. Die hier genannten Bearbeitungen dienen lediglich als
Anwendungsbeispiele für die Erfindung, die in ihrem vollen Umfang auf beliebige Kombinationen von
Grund- und Zusatzmaterial anwendbar ist.
Claims (11)
1. Verfahren zur Bearbeitung von Materialien geringer Leistungsabsorption mittels Strahlungsenergie,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bearbeitungsbereich Materialien hoher Leistungsabsorption
angeordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Materialien hoher Leistungsabsorption im Bearbeitungsbereich dauernd angeordnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Materialien hoher Leistungsabsorption im Bearbeitungsbereich vorübergehend
angeordnet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Materialien hoher Leistungsabsorption dem Grundmaterial fein verteilt beigemischt
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Materialien hoher Leistungsabsorption in Form von Lamellen oder Folien
eingelegt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Material hoher Leistungsabsorption in Form einer Folie oder Schicht auf
das zu bearbeitende Material aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Material hoher Leistungsabsorption direkt unter das zu bearbeitende Material
gelegt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 3 und 7,
dadurch gekennzeichnet, daß Material, das neben ausreichendem Absorptionsvermögen auch hohen
Dampfdruck bei der Bearbeitungstemperatur hat, untergelegt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1,2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bearbeitung
von Kunststoffen mit Korpuskularstrahlen feinverteilte Metallpulver zur Erhöhung der Leistungsabsorption
dem zu bearbeitenden Kunststoff beigemischt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1,2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bearbeitung
von Kunststoffen mit Korpuskularstrahlung feinverteilte Metalloxydpulver zur Erhöhung der Leistungsabsorption
beigemischt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1,3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bearbeitung
von Kunststoffen mit Korpuskularstrahlen eine Metallschicht auf den Kunststoff aufgebracht
wird.
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