DE1790129A1 - Verfahren zum Bohren von Werkstuecken mittels Laserstrahlung - Google Patents

Verfahren zum Bohren von Werkstuecken mittels Laserstrahlung

Info

Publication number
DE1790129A1
DE1790129A1 DE19681790129 DE1790129A DE1790129A1 DE 1790129 A1 DE1790129 A1 DE 1790129A1 DE 19681790129 DE19681790129 DE 19681790129 DE 1790129 A DE1790129 A DE 1790129A DE 1790129 A1 DE1790129 A1 DE 1790129A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser
workpiece
laser radiation
drilling
focal point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19681790129
Other languages
English (en)
Inventor
Gottfried Gugger
Hans Schlaefli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Laser Technique SA
Original Assignee
Laser Technique SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laser Technique SA filed Critical Laser Technique SA
Publication of DE1790129A1 publication Critical patent/DE1790129A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/1224—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/123—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/123—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases
    • B23K26/125—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases of mixed gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/127—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an enclosure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/142—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/144—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
    • G04D3/00—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials
    • G04D3/0069—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for working with non-mechanical means, e.g. chemical, electrochemical, metallising, vapourising; with electron beams, laser beams
    • G04D3/0071—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for working with non-mechanical means, e.g. chemical, electrochemical, metallising, vapourising; with electron beams, laser beams for bearing components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Description

Laser Technique S.A. Buren a.A. (Schweiz).
Verfahren zum Bohren von Werkstücken mittels
Laserstrahlung.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bohren von Werkstücken mittels Laserstrahlung, insbesondere zum Bohren von Uhrensteinen, wobei das Werkstück in den Brennpunkt der Laseroptik gebracht wird und hierauf die Laserstrahlung ausgelöst wird.
209816/0376
Es sind bereits verschiedene "Vorschläge zum Bohren von Werkstücken, insbesondere Uhrensteinen mittels Laserstrahlung gemacht worden. Eingehende Versuche mit verschiedensten Anordnungen haben erpeben, dass es ausserordentlich schwierig· ist, mit den allgemein üblichen Anlagen mit der nötigen Zuverlässigkeit seriemässig Uhrensteine zu bohren. ¥ohl ist es allgemein gelungen einzelne Bohrungen der gewünschten Abmessungen und Qualität herzustellen, aber die Reproduzierbarkeit dieser Abmessungen und Qualität war ungenügend. Es hat sich auch gezeigt, dass insbesondere Uhrensteine immer wieder gespalten wurden, sodass sich auch aus diesem Grunde für eine Seriefabrikation untragbar hohe Ausschusszahlen ergraben.
Eingehende Versuche mit verschiedenartigen Feststofflasern, Impulsenergien und Impulsdauern haben nun gezeigt, dass zum zuverlässigen Bohren, insbesondere von Uhrensteinen, verbaltnismässig eng begrenzte Bedingungen eingehalten werden müssen, wenn einerseits brauchbare reproduzierbare Bohrungen erstellt und andererseits die Steine nicht beschädigt werden sollen* Als Resultat dieser Untersuchungen hat sich das erfindungsgemässe Verfahren ergeben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass mit einer Impulsenergie von 0,1 bis 0,8 Joule, einer Pulsdauer von höchstens 100 *< s und einer Lichtwellenlänge von über losgearbeitet wird.
Vorzugsweise wird mit Impulsenergien von 0,2 - 0,5 Joule und einer Lichtquellenlänge von 1,06 o. gearbeitet, welche
209816/0376
8AD ORIGINAL
mittels eines Yttrium enthaltenden Stabes, insbesondere eines Stabes aus Yttrium-Aluminium-Granat erzeugt -wird. Man hat die eisenartige Erfahrung gemacht, dass es mittels der üblichen Rubinstäbe ausgeschlossen war ohne Zerstörung von Steinen brauchbare reproduzierbare Bohrungen herzustellen, woraus sich die allgemeine Regel ableiten lässt, dass für den Laserstab ein Material benützt werden sollte, das nicht gleichartig oder identisch ist mit dem Material der zu bohrenden Uhrensteine.
Vorzugsweise wird die Bohrung insbesondere in Uhren— steinen nicht mittels eines einzigen Impulses der oben bezeichneten Energie und Dauer erstellt, sondern mittels mehrerer Impulse, deren Brennpunkt längs oder quer zur Bohrungsrichtung verschieden liegen kann. Die zu erstellenden Bohrungen haben nicht immer dieselben Durchmesser und es hat sich speziell für grössere Bohrungen als besonders vorteilhaft erwiesen, mittels einer grösseren Zahl von beispielsweise 6 - 8 Impulsen, deren Brennpunkte kreisförmig exzentrisch um die Achse der zu erstellenden Bohrung versetzt werden, zu arbeiten. Die verhältnismässig niedrige Energie pro Impuls und der hohe Virkungsgrad der vorzugsweise verwendeten Yttrium-Aluminium-Granatstäbe erlaubt auch in diesem Falle noch mit einer wirtschaftlichen Lebensdauer der Blitzröhre zu arbeiten.
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Beispiels des Bohrverfahrens näher erläutert.
209816/03 7 6
Der für die Bohrung benützte Laserkopf weist den an sich üblichen Aufbau von Feststofflasern auf. Es wird ein Laserstab aus Yttrium-Aluminium-Granat von 65 mm Länge und 6,0 mm Durchmesser verwendet, der mittels einer Blitzröhre vom Typ FX-42/A-3 der Firma Egerton, Germeshausen und Grier, beleuchtet wird. Das Netzanschlussgerät weist eine Ladekapazität von 125 yäF auf und kann Spannungen bis 1200 V erzeugen. Die mit diesem Gerät erzielbaren maximalen Ausgangsleistungen bell tragen rund 0,8 Joule pro Impuls. Die Optik des Laserkopfes " weist eine Brennweite von 25 mm auf, welche sich für diesen Zweck als günstig erwiesen hat. Brennweiten von unter 25 mm ergeben ähnliche oder noch bessere Bohr-Resultate, wobei jedoch die Gefahr der Beschädigung der Optik besteht, erzeugt durch das zurUcKßpruhende M&tgrifti»
Das zu bohrende Objekt, insbesondere ein Uhrenstein, wird nun in den Bereich.des Brennpunktes des Laserkopfes gebracht. Zum Bohren, insbesondere von Uhrensteinen, wird das κ Netzgerät so eingestellt, dass die Ausgangsleistung pro ' Impuls auf einen ¥ert von etwa 0,2 - 0,5 Joule eingestellt ist, welche ¥erte sich als am günstigsten erwiesen haben. Die auftretenden Impulse weisen eine Dauer von 85/es und eine Lichtwellenlänge von l,06^iauf. ¥ie bereits beschrieben, entstehen unter diesen Bedingungen stets gleichartige reproduzierbare Bohrungen verhältnismässig geringen Duchmessers, wobei Beschädigungen des Steines durch Spalten nicht vorkommen.
209816/P376
Sind Bohrungen grösseren Durchmessers zu erstellen, so wird im einfachsten Falle das zu bohrende Objekt, beispielsweise ein Uhrenstein, in einer Verkstückaufnähme drehbar angeordnet, deren Achse etwas gegenüber der optischen Achse des Laserkopfes versetzt ist. Der Stein wird nun während der Bearbeitung gedreht und durch einen geeigneten Nockenschalter oder dergleichen werden in gleichmässigen Abständen Impulse ausgelöst. Die Bohrung entsteht daher gesamthaft durch eine Reihe von axialsymmetrisch einwirkenden Impulsen und es hat sich gezeigt, dass in dieser ¥eise mittels mehrerer, vorzugsweise etwa 6—8 Impulsen verhältnxsmässig geringer Energie, beispielsweise 0,2 Joule, Bohrungen von guter Form und sicherer Reproduzierbarkeit erstellt werden können.
Die bisher beschriebenen Hassnahmen genügen um bei Zimmertemperatur in Luft durchaus brauchbare Ergebnisse zu erzielen. Es können jedoch bei bestimmten Materialien und unter bestimmten Umständen weitere Massnahmen getroffen werden um die Resultate zu verbessern. Es ist beispielsweise möglich, insbesondere bei tiefen Bohrungen, mehrere Impulse anzuwenden, und den Brennpunkt aufeinanderfolgender Impulse in Richtung des Bohrungsfortschrittes zu versetzen· Ferner ist es möglich, bei irgendeinem der hier beschriebenen Verfahren und Verfahrensvarianten, die Energie aufeinanderfolgender Impulse zu verändern. Da die Erzeugung von in kurzer Folge auftretenden Impulsen hoher Energie ohnehin sehr grosse Anforderungen an
209816/0376
das Netzgerät stellt, ist es von besonderem Vorteil, einen verhältnismässig schwachen ersten Impuls und eine Reihe nachfolgender, stärkerer Impulse zu verwenden. Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass gerade beim oben beschriebenen Verfahren mit längs einem Kreis wanderndem Brennpunkt aufeinanderfolgender Impulse praktisch ideal runde Bohrungen entstehen, wenn der erste oder die ersten Impulse schwächer sind als die folcenden.
In gewissen Fällen kann es von Vorteil sein, das Werkstück vor der Einwirkung des Laserstrahles zu erhitzen. Eine solche Masshahme kann sich unter anderem dort als wirksam erweisen, wo ein sprödes Material infolge Wärmespannungen im Augenblick der Bearbeitung durch den Laserstrahl zum Springen neigt. Durch die Vorerwärmung können die thermischen Spannungen im Augenblick des Bohrens herabgesetzt und damit die Zerstörung des Werkstücks verhindert werden.
Unter Umständen können die Werkstücke auch im Vakuum " gebohrt werden, was unter anderem eine Verbesserung der Abfuhr der weggeschmolzenen, verdampften oder verbrannten Materialien begünstigen kann.
Anderseits kann es erforderlich sein, das Werkstück in einer Gasatmosphäre, beispielsweise in Sauerstoff oder aber in einer inerten Gasatmosphäre zu behandeln. ·
209816/0376
- .7 - ■ ■ ·
Versuche haben gezeigt, dass sich das beschriebene Bohrverfahren für alle technisch wesentlichen, schwer bearbeitbaren Materialien, z.B. Hartmetall, Diamant und andere Edelsteine eignet.
Oben wurde bereits erwähnt, dass die Qualität einer mittels Laserstrahlung zu erstellenden Bohrung in einem Werkstück, insbesondere Uhrenstein, dadurch verbessert werden kann, dass die Behandlung in einer bestimmten Atmosphäre, z.B. Sauerstoffatmosphäre, erfolgt. Es wurde nun festgestellt, dass eine entscheidende Verbesserung ausserdem dadurch möglich ist, dass ein m geeignetes Gas oder gasartiges Medium, z.B. Luft, ein bestimmtes Gas oder Gasgemisch» gegebenenfalls auch ein Dampf oder Dampfgemisch durch die entstehende Bohrung durchgeleitet wird.
Diese Massnahme ist besonders wirksam, wenn das Gas unter ziemlichem Druck, bzw. mit hoher Geschwindigkeit durchgeleitet wird. Es ist schwer zu entscheiden, welcher Art die Wirkungen sind, d.h., es kann sich um chemische Wirkungen infolge des raschen gesteigerten Gasaustausches, physikalische Wirkungen! z.B. infolge einer raschen Kühlung unmittelbar nach der Einwirkung des Laserimpulses und rein mechanische Wirkungen durch Entfernung von Rückständen erstarrender Schmelze oder kondensierender Dämpfe handeln. Wesentlich ist, dass durch Versuche eindeutig festgestellt werden konnte, dass unter Durchleitung eines gasartigen Mediums erstellte Bohrungen bessere Form in Bezug auf den gewünschten Querschnitt und die Ausgestaltung der Bohrungsenden aufweisen als ohne Durchleitung von gasartigen Medien erstellte Bohrungen. Insbesondere ist bei zylindrischen
209816/0376
,Bohrungen eine genauere Annäherung an die ideale Form möglich.
Dieses Verfahren kann mit Vorteil in Kombination mit einem Bohrverfahren angewendet werden, nach welchem die Bohrung durch aufeinanderfolgende Einwirkung mehrerer Laserimpulse erstellt wird.
Im Folgenden ist das Verfahren anhand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Durchführungsbeispiele näher erläutert.
I^ Fig. 1 zeigt die Sammellinse 1 der Laseroptik, eine Zange 2
mit einem eingespannten Uhrenstein 3 und eine Düse 4 zur Erzeugung eines flachen, scharfen Luftstrahls quer zur Achse der Laseroptik. In dem nicht näher dargestellten Träger für die Zange 2 ist eine Zuleitung für Druckluft vorgesehen, welche durch die Zangenbohrung Druckluft gegen die Hinterseite des Uhrensteins 3 zuzuführen gestattet. ¥ährend des Bearbeitungsvorganges durch die Laserstrahlung, die vorzugsweise in mehreren Impulsen erfolgen kann, wird sowohl durch die Zangenbohrung als auch durch die Düse 4 ständige Druckluft zugeführt. Ueber dem Uhrenstein, d.h.,
Ψ zwischen demselben und der Laseroptik, deren Brennweite im allgemeinen nur etwa 25 mm beträgt, erteteht daher ständig eine starke Querströmung, die alle durch die Laserimpulse abgebauten, aus der entstehenden Bohrung herausfliegenden Partikel seitlich wegführt und dadurch die Linse 1 vor Verunreinigung und Beschädigung schützt. Sobald eine durchgehende Bohrung entstanden ist, beginnt auch Luft aus der Zangenbohrung durch die entstehende Bohrung nach aussen zu strömen, was zu den oben erwähnten ¥irkungen führt. Durch die axiale Strömung nach aussen geförderte Rückstände werden durch die Querstörmung der Düse 4 weggetragen und gelangen nicht zur Linse 1 oder einem eventuellen, derselben
209816/0376
vorgelagerten planparallelen Schutzglas.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei welcher das gasförmige Medium nicht von hinten sondern von vorne durch die Bohrung des Uhrensteins 3 durchgeleitet wird. lieber dem Uhrenstein 3 ist in diesem Falle ein kegeliges Gehäuse 5 angebracht, das oben durch ein Fenster 6 abgeschlossen ist, und welchem durch die -Leitung 7 Druckluft zugeführt werden kann. Der untere Oeffnungsrand des Gehäuses 5 liegt eng an der Aussenseite des Uhrensteins an, so dass die durch die Leitung 7 zugeführte Druckluft hauptsächlich durch die entstehende Bohrung des Uhrensteins durchtritt. Die Wirkungen entsprechen den oben erwähnten, wobei jedoch die einzige vorhandene Strömung zugleich die entstehende Bohrung spült und den Zutritt herausfliegender Partikel zur Laseroptik, bzw. zum Fenster 6 verhindert.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung, die derjenigen nach Fig. 1 entspricht, mit dem Unterschied, dass anstelle einer Abschirmung der Optik von der Bohrstelle durch einen Gasvorhang eine elektrostatische Abscheidung mittels zweier konischer Elektroden 8 und 9 vorgenommen wird.
Auch gemäss Fig. 4 wird die entstehende Bohrung des Uhrensteins von innen durchströmt. Als Vorhang dient in diesem Falle ein Flüssigkeitsfilm, der durch aus einer Düse 10 austretende Flüssigkeit auf einer der Optik vorgelagerten planparallelen Scheibe 11 erzeugt wird.
Während bisher im allgemeinen angenommen wurde, als gasförmiges Medium werde Luft verwendet, können natürlich andere Medien verwendet werden, deren chemischen oder physikalischen
209816/0376 "
Eigenschaften günstiger erscheinen. Je nach dem zu bohrenden Material kann es erwünscht sein, eine besonders stark oxydierende, eine reduzierende oder eine weitgehend neutrale Atmosphäre zu verwenden, wozu geeignete Gase wie Sauerstoff, Wasserstoff oder Stickstoff verwendet werden können. Die zu bearbeitenden ¥erkstücke können nicht nur aus anderen Materialien, z.B. Hartmetall bestehen als die in den Beispielen dargestellten Uhrensteine, sondern es können auch Werkstücke für beliebige Anwendungen ausserhalb der Zeitmesstechnik entsprechend bearbeitet werden.
Dem gasartigen Medium könnten gegebenenfalls bestimmte Zusätze beigegeben werden', z.B. feine abrasive Partikel, welche die mechanische Spül- und Reinigungswirkung verbessern.
Anstatt daeJ3||ül^ttS>^pntijiui_erl.i_oh...fflit gleiohmaeeiger Geschwindigkeit durch die entstehende Bohrung zu führen, kann es stossweise oder gegebenenfalls abwechslungsweise in verschiedener Richtung durchgeführt werden. Die Wirkung kann auch dadurch unterstützt werden, dass im Medium Druckwellen im Schall- oder Ultraschallgebiet erzeugt werden. Bei den Ausführungsbeispielen wird immer angenommen, das gasartige Medium werde unter Druck zugeführt, Es könnte aber auch durch die Bohrung durchgesogen werden, indem z.B. in der Zangenbohrung Unterdruck erzeugt und damit Luft oder eine andere Atmosphäre von aussen durch die entstehende Bohrung ins Zangeninnere durchgesogen wird.
209816/0376

Claims (23)

PATENTANSPRÜCHE:
1) Verfahren zum Bohren von ¥erkstücken mittels Laserstrahlung, insbesondere zum Bohren von Uhrensteinen, wobei das Yerkstück in den Brennpunkt der Laser-Optik gebracht und hierauf die Laserstrahlung ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Impulsenergie von 0,1 - 0,8 Joule, einer Impulsdauer von höchstens 10OxAs und einer Lichtwellenlänge von über IyU gearbeitet wird,
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Impulsenergie von 0,2 bis 0,5 Joule gearbeitet wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laserstrahlung mit der ¥ellenlänge l,06yU mittels eines Yttrium enthaltenden Stabes erzeugt wird.
4) Verfahren nagh Anspruch 3f dadurch gekennzeichnet, dass ein Stab aus Ttirium-Aluminiüm-txrähät (YAG) verwendet wird.
5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet', dass ein Stab von 65 mm Länge und 6,00 mm Durchmesser verwendet wird.
6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Brennweite Von höchstens 25 mm gearbeitet wird.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Impulsdauer von mindestens annähernd 85 Ms gearbeitet wird.
8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 — 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung mittels mehrerer aufeinanderfolgender Laser-Impulse erstellt wird.
209 8 16/03 7 6
9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine gegenseitige Verstellung von Werkstück und Strahl-Brennpunkt zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen vorgenommen wird.
10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennpunkt längs eines Kreises um die Bohrungsachse verstellt wird.
11) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennpunkt in Richtung der Bohrungsachse verstellt wird.
12) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie aufeinanderfolgender Impulse verändert wird.
13) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück erhitzt wird.
14) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück im Vakuum gebohrt wird.
15) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück in einer Gasatmosphäre, z.B. in Sauerstoff gebohrt wird.
16) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bohrvorganges ein gasartiges Medium durch die entstehende Bohrung durchgeleitet wird.
17) Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas, z.B. Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff oder dergleichen unter Durck durch die entstehende Bohrung durchgeblasen oder durchgesaugt wird.
209816/0376
18) Verfahren nach Anspruch 16 oder 17» dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in Eintrittsrichtung der Laserstrahlung, entgegen der Eintrittsriehtung der Laserstrahlung, oder abwechslungs— weise in entgegengesetzter Richtung durchgeleitet wird.
19) Verfahren nach einem der Ansprüche 16 - 18, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen dem zu bohrenden Werkstück und der Laseroptik eine Strömung zur Entfernung von abgebauten Partikeln erzeugt wird.
20t) Verfahren nach Anspruch 19> dadurch gekennzeichnet ,dass die Strömung quer zur Eintritts richtung der Laserstrahlung verläuft. .
21) Verfahren nach. Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elüssigkeitsfilm über eine vor der Laseroptik liegende Schutzscheibe geleitet wird.
22) Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasströmung aus einem zwischen Werkstück und Laseroptik angeordneten Baum durch die entstehende Bohrung durchgeleitet wird.
23) Verfahren nach einem der Ansprüche 16 - 22, dadurch gekennzeichnet, dass abgebaute Partikel elektrostatisch niedergeschlagen werden·
209816/0378
Leerseite
DE19681790129 1967-09-25 1968-09-16 Verfahren zum Bohren von Werkstuecken mittels Laserstrahlung Pending DE1790129A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH1335667 1967-09-25
CH219168 1968-02-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1790129A1 true DE1790129A1 (de) 1972-04-13

Family

ID=25689754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19681790129 Pending DE1790129A1 (de) 1967-09-25 1968-09-16 Verfahren zum Bohren von Werkstuecken mittels Laserstrahlung

Country Status (9)

Country Link
US (1) US3601576A (de)
AT (1) AT296894B (de)
BE (1) BE721320A (de)
CH (1) CH1335667A4 (de)
DE (1) DE1790129A1 (de)
FR (1) FR1582352A (de)
GB (1) GB1233195A (de)
NL (1) NL6813464A (de)
SE (1) SE353252B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3007169A1 (de) * 1979-03-05 1980-09-11 Fiat Auto Spa Verfahren zur herstellung von mikrobohrungen in metallteilen mit hilfe eines leistungs-lasers
DE19860585A1 (de) * 1998-12-29 2000-07-20 Laserpluss Ag Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken aus diamanthaltigen Werkstoffen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3626141A (en) * 1970-04-30 1971-12-07 Quantronix Corp Laser scribing apparatus
US3962558A (en) * 1971-03-29 1976-06-08 Ernst Kocher Method and apparatus for drilling watch jewels or other workpieces by means of laser beams
US3839005A (en) * 1971-05-06 1974-10-01 Owens Illinois Inc Laser beam severing of a rotating article
US3742183A (en) * 1971-11-26 1973-06-26 Hughes Aircraft Co Optical element protection in laser apparatus
CA961930A (en) * 1971-12-30 1975-01-28 Edward V. Locke Welding with a laser beam
US3824368A (en) * 1971-12-30 1974-07-16 Avco Corp Laser welding
US4031351A (en) * 1972-10-25 1977-06-21 Groupement Atomique Alsacienne Atlantique High energy laser beam cutting method and apparatus
US3885943A (en) * 1974-07-01 1975-05-27 Ford Motor Co Method of cutting glass with a laser
US4114018A (en) * 1976-09-30 1978-09-12 Lasag Ag Method for ablating metal workpieces with laser radiation
US4303824A (en) * 1980-05-12 1981-12-01 Gte Automatic Electric Laboratories, Inc. Method and apparatus protecting a lens from airborne particulates
US4315133A (en) * 1980-05-12 1982-02-09 Gte Automatic Electric Laboratories, Inc. Apparatus protecting a lens from airborne particulates
US4332999A (en) * 1980-10-09 1982-06-01 Rca Corporation Method for machining a workpiece with a beam of radiant energy assisted by a chemically-reactive gas
US4441008A (en) * 1981-09-14 1984-04-03 Ford Motor Company Method of drilling ultrafine channels through glass
FR2557732B1 (fr) * 1983-12-28 1986-04-11 Lefevre Rene Procede de realisation de dispositifs piezoelectriques miniatures utilisant un usinage par laser et dispositifs obtenus par ce procede
US4650619A (en) * 1983-12-29 1987-03-17 Toshiba Ceramics Co., Ltd. Method of machining a ceramic member
DE3437072A1 (de) * 1984-10-09 1986-04-10 Dieter Prof. Dr. Linz Bäuerle Verfahren zur herstellung von leiterbahnen und/oder elektroden auf dielektrischem material
DE3437056A1 (de) * 1984-10-09 1986-04-10 Dieter Prof. Dr. Linz Bäuerle Aetzverfahren fuer koerper aus dielektrischer oxidkeramik bzw. dielektrische oxidische (ein-)kristalle
WO1989003274A1 (en) * 1987-10-14 1989-04-20 Akademiet For De Tekniske Videnskaber, Svejsecentr Method and application of laser drilling
DE69130314T2 (de) * 1990-07-21 1999-04-08 Canon K.K., Tokio/Tokyo Herstellungsverfahren eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes und Tintenstrahlaufzeichnungskopf
US5760367A (en) * 1995-05-16 1998-06-02 Engraving Technologies, Inc. Apparatus and method of engraving indicia on gemstones, and gemstones, produced thereby
US5753887A (en) * 1995-05-16 1998-05-19 Engraving Technologies, Inc. Apparatus for laser engraving indicia on gemstones
US6339208B1 (en) * 2000-01-19 2002-01-15 General Electric Company Method of forming cooling holes
US6441341B1 (en) * 2000-06-16 2002-08-27 General Electric Company Method of forming cooling holes in a ceramic matrix composite turbine components
US20020130115A1 (en) 2001-03-13 2002-09-19 Lawson William E. Debris removal apparatus for use in laser ablation
DE10138866B4 (de) * 2001-08-08 2007-05-16 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Bohren eines Lochs in ein Werkstück mittels Laserstrahls
US6559413B1 (en) 2001-11-28 2003-05-06 The Regents Of The University Of California Method for laser machining explosives and ordnance
WO2007028402A1 (de) * 2005-09-06 2007-03-15 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Strahlfangvorrichtung für eine bearbeitungsmaschine
US10376989B2 (en) 2016-06-02 2019-08-13 Presco, Inc. Under material air purge
JP2019206051A (ja) * 2018-05-29 2019-12-05 川崎重工業株式会社 掃気装置及びそれを備えるロボットシステム並びに掃気方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB684435A (en) * 1949-11-18 1952-12-17 Genevoise Instr Physique Installation for the measurement by photo-electric means of the position of a line of a graduation
US3454899A (en) * 1962-11-16 1969-07-08 Gen Telephone & Elect Europium doped yttrium oxide optical maser materials
DE1261971B (de) * 1963-02-13 1968-02-29 United Aircraft Corp Einrichtung zum Schweissen, Schneiden oder zur Materialbearbeitung mittels eines Ladungstraegerstrahls
US3265855A (en) * 1963-04-01 1966-08-09 Gen Electric Method and apparatus for drilling small holes
US3410979A (en) * 1964-05-28 1968-11-12 Burroughs Corp Method and apparatus for drilling holes by means of a focused laser beam

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3007169A1 (de) * 1979-03-05 1980-09-11 Fiat Auto Spa Verfahren zur herstellung von mikrobohrungen in metallteilen mit hilfe eines leistungs-lasers
DE19860585A1 (de) * 1998-12-29 2000-07-20 Laserpluss Ag Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken aus diamanthaltigen Werkstoffen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Also Published As

Publication number Publication date
FR1582352A (de) 1969-09-26
CH1335667A4 (de) 1969-01-31
SE353252B (de) 1973-01-29
AT296894B (de) 1972-02-25
GB1233195A (de) 1971-05-26
NL6813464A (de) 1969-03-27
US3601576A (en) 1971-08-24
BE721320A (de) 1969-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1790129A1 (de) Verfahren zum Bohren von Werkstuecken mittels Laserstrahlung
DE69016051T2 (de) Oberflächenreinigung mit einem Laser.
EP2931467B1 (de) Verfahren zur herstellung von linienförmig aufgereihten schädigungsstellen durch ultrakurz fokussierter gepulster laserstrahlung ; verfahren und vorrichtung zum trennen eines werkstückes mittels ultrakurz fokussierter laserstrahlung unter verwendung einer schutzgasatmosphäre
US3440388A (en) Method for machining with laser beam
EP0143446B1 (de) Einrichtung zum Erzeugen von kurzdauernden, intensiven Impulsen elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich unter etwa 100 nm
EP1871566B1 (de) Verfahren zum feinpolieren/-strukturieren wärmeempflindlicher dielektrischer materialien mittels laserstrahlung
EP3416921A1 (de) VERFAHREN ZUR KANTENBEARBEITUNG VON GLASELEMENTEN UND VERFAHRENSGEMÄß BEARBEITETES GLASELEMENT
DE10205351A1 (de) Verfahren zur lasergesteuerten Materialbearbeitung
WO2016008768A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum laserbasierten bearbeiten von flächigen, kristallinen substraten, insbesondere von halbleitersubstraten
DE2121155A1 (de) Vorrichtung zum Anreißen der Oberfläche von Gegenständen
DE3324551A1 (de) Verfahren zur kennzeichnung von halbleiteroberflaechen durch laserstrahlung
EP1506946A2 (de) Verfahren zum schneiden von nichtmetallischen materialien und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
DE19736110C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur grat- und schmelzfreien Mikrobearbeitung von Werkstücken
EP0743128B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Kennzeichnung von Erzeugnissen aus transparenten (festen) Werkstoffen mittels Laser
DE2814044A1 (de) Verfahren zum herstellen eines loches in einem werkstueck mit hilfe von laserstrahlung
DD288933A5 (de) Verfahren zur lasermaterialbearbeitung mit dynamischer fokussierung
DE102007032231A1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrolöchern
DE102013212977A1 (de) Verfahren zur Hybridbearbeitung von farbigem Glas
EP3789157B1 (de) Verfahren zur behandlung einer festkörperoberfläche
EP0460338B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden von Material
DE69422227T2 (de) Verfahren zur Untersuchung einer festen Probe
DE102019219462A1 (de) Verfahren zum Schneiden eines Glaselements und Schneidsystem
EP1420917A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur mikrobearbeitung eines werkstücks mit laserstrahlung
DE102017210167A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche
CH497258A (de) Verfahren zum Bohren von Werkstücken mittels Laserstrahlung