DE1947664A1

DE1947664A1 - Einrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlung

Info

Publication number: DE1947664A1
Application number: DE19691947664
Authority: DE
Inventors: Joachim Holz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-19
Filing date: 1969-09-19
Publication date: 1971-04-01

Description

Einrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtungzur Material bearbeitung mittels Laserstrahlung, bei der die Laserstrahlung mittcls eines Linsensystetns auf den Bearbeitungsbereich des zu bearbeitenden Materials konzentriert wird0 Laser finden uoaO auch bei der Materialbearbeitung Anarendung;, weil sie es ermöglichen, auf einer relativ kleinen Fläche eines zu bearbeitenden Materials eine hohe Energiedichte zu erreichen, Meist wird hierbei mittels eines linruisbetriebes gearbeitet0 Um die Energiedichte möglichst hoch zu treiben, wird haufig zusätzlich eine vor allem kurzbrennwertige Bearbo,itungsoptik angewendet, Diese ist durch die infolge der hohen Energiedichte eintretende Verdampfung des zu bearbeitenden Materials und die dabei losgelösten Teilchen gefährdet. Des weiteren tritt das Problem auf, daß Reflexionen des zur Anwendung kommenden Laserlichts am Bearbeitungsobjekt entstehen, die uOU. noch so energiereiche Strahlungsanteile in die Umgebung zur Aussendung bringen, daß die Augen des die Bearbeitungsmaschine Bedienenden gefährdet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde7 diesen Schwierigkeiten zu begegnen und eine Laserbearbeitungseinrichtung auf einfache Weise betriebssicher zu gestalten0 Dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß bei einer Einrichtung der einleitend geschilderten Art zwischen die Bearbeitungæoptik und den Konzentrationsbereich der Laserstrahlung ein die Laserstrahlung abschirmender ubus-eingefügt ist, dessen Länge, bezogen auf die letzte Linsenebene vorzugsareise nur etwas kleiner als die Brenntreite, von dieser Linsenebene aus gerechnet, gewählt ist, und daß in diesen Tubus eine Absaugeinrichtung, insbesondere in Form eines Absaugstutzens eingefügt ist, mittels der die am zu bearbeitenden Material abdainpfenden Materialteilchen von der Optik ferngehalten werden Vorteilhaft ist es, wenn der Tubus aus wenigstens teilweise durchsichtigem Material besteht.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn das Material eine starke Absorption für die Wellenlänge des zur Anwendung kommenden Laserlichts hat. Es empfiehlt sich weiterhin, wenn bei Anwendung eines Laserlichts mit einer Wellenlänge von etwa 10,6 pm (wie beim C02-Laser) der Tubus aus Acrylglas besteht, Es empfiehlt sich außerdem, wenn bei Anwendung eines Laserlichts bei einer Wellenlänge von etwa 0,7 µm (wie beim Rubinlaser) der Tubus aus einem Bleiglas, vorzugsweise der Zusaininensetzungstype EG 18 der Fa. Jenaer Glaswerk, Schott & Genossen, besteht.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Tubus zweiteilig ausgeführt ist, von denen der der Optik benachbarte Teil die Absaugeinrichtung enthält und der dem zu bearbeitenden Material benachbarte Teil, der vorzugsweise in einen sich aufweitenden richter ausläuft, einstellbar gegenüber dem anderen Teil angeordnet ist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.
Die von einem Laser 1, beispielsweise einem CO2-Laser, ausgehende Strahlung wird mittels einer, beispielsweise eine einzelne Saininellinse enthaltenden Optik 2 auf das zu bearbeitende Material 5 konzentriert9 Dabei liegt der Brennpunkt der Sammellinse 2 in der Bearbeitungsebene des Materials 3 Zwischen die Sammellinse 2 und die Bearbeitungsebene 3 ist ein zweiteiliger Tubus 4,5 eingefügt. Der Tubus 4 ist fest gegenüber der durch die Saininellinse 2 gebildeten Optik verankert. Der Tubus 5 ist innerhalb eines gewissen Bereiches zwischen dem Tubus 4 längsverschiebbar und mittels einer Schraube 6 in der jeweiligen Lage fixierbar angeordnet.
Der Tubus 4 ist mit einem Absaugstutzen 7 versehen, an den eine nicht näher dargestellte Absaugleitung anuschließen ist, die zu einer Absaugpumpe ausreichender Absaugleistung geführt ist. Beim Ausführungsbeispiel läuft der Tubus 5 an seinem dem Material 3 benachbarten Ende in einen konusförinigen Teil aus.
Beim Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der venrendete Laser ein CO2-Laser ist und damit bei einer Betriebswellenlänge des Laserlichts von etwa 10,6 rm arbeitet. Um sicherzustellen, daß während des Bearbeitungsvorganges der das Go Bedienende zar den Bearbeitungsbereich überblicken kann, aber durch das reflektierte Laserlicht nicht gefährdet wird, besteht zumindest der Tubus 5, gegebenenfalls auch der Tubus 4, aus an sich durchsichtigem Material, das jedoch für das Laserlicht eine starke Absorption, vorzugsweise ein Maximum der Absorption hat. Bei Verwendung eines C02-Lasers mit einer Wellenlänge von 10,6 fm ist ein hierfür gut geeignetes Material beispielsweise Acrylglas, das unter dem Handelsnamen "Plexiglas" bekannt ist. Die unterschiedlichen Absorptionseigenschsften des Materials ermöglichen eine gute Betrachtung der Arbeitszone und vermeiden eine Gefährdung des das Gerät Bedienenden. Durch den konusartigen Teil des Tubus 5 ist auch eine gute Schrägsicht der Bearbeitungszone am Material 3 möglich.
Beim Betrieb des Lasers und Bearbeitung von Material wird über den Tubus 7 Luft aus dem Tubus 5 gesaugt,l1omit, wie Untersuchungen ergeben haben, auch die üblichen vom Material abgespalteten Partikelchen und vor allem die Materialdampf im Regelfall gut von der Optik 2 ferngehalten werden.
Die über den Tubus 5 absaugende Luft kann zwischen dem Endbereich des ubus 5 und dem zu bearbeitenden Material 3 eintreten. Es ist indes mit Vorteil auch möglich, zusätzlich oder allein die absaugende Luftüber eine seitliche Öffnung in den Tubus 5 eintreten zu lassen, beispielsweise so, wie es durch die Öffnung 8 am Tubus 5 angedeutet ist Eine entsprechende Öffnung könnte beim Ausführungsbeispiel auch in der gegenüberliegenden Wandung des Tubus 5 vorgesehen werden0 Wichtig ist dabei jedoch, daß eine seitliche Luftströmung, bezogen auf die Bearbeitungsoptik herbeigeführt wird2 die mit großem Wirkungsgrad die in den Tubus eintretenden Dämpfe und Materialpartikelohen absaugt.
Wichtig ist weiterhin, daß die Länge des durch 4 und 5 gebildeten Tubus, bezogen auf die für die Brennweite der Optik 2 bestimmende Linsenebene der Optik etwas kürzer als diese Brennweite ist. Als zweckinäßig hat sich ein Wert erwiesen, der etwa 2 mm kleiner als diese Brennweite ist. Um in der Praxis diese Einstellung leichter zu realisieren, hat es sich als zweckinäßig erwiesen, so wie beim Ausführungsbeispiel) vorgesehen, die Tubusteile 4 und 5 in ihrer Gesamtlänge einstellbar zu gestalten Des weiteren ist es auch vorteilhaft, zwischen der Optik 2 und dem benachbarten Ende des Tubus 4 eine Lufteintrittszone vorzusehen. In der Zeichnung ist eine solche Zone 9 als Ausführungsbeispiel angedeutet. Dadurch wird hinsichtlich des Dampfstromes und der Materialpartikelchen eine gegensinnige Luftströrnung erreicht, die ebenfalls in eine seitliche Strörnung im Bereich des Absaugstutzens 7 übergeführt wird.
6 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlung, bei der die Laserstrahlung mittels eines Linsensystems auf den Bearbeitungsbereieh des zu be arbeitenden Materials konzentriert wird, d a d.u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen die Bearbeitungsoptik und den Konzentrationsbereich der Laserstrahlung ein die Laserstrahlung abschirinender Tubus eingefügt ist, dessen Länge, bezogen auf die letzte Linsenebene, vorzugsweise nur etwas kleiner als die Brennweite, von dieser Linsenebene aus gerechnet, gewählt ist, und daß in diesen Tubus eine Absaugeinrichtung, insbesondere in Form eines Absaugstutzens-eingefügt ist, mittels der die am zu bearbeitenden Material abdampfenden Materialteilchen von der Optik ferngehalten werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Tubus aus wenigstens teilweise durchsichtigem Material besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Material eine starke Absorption für die Wellenlänge des zur Anwendung kommenden Laserlichts hat.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n et , daß bei Anwendung eines Laserlichts mit einer Wellenlange von etwa 1O6,iin (wie beim C02-Laser) der Tubus aus Acrylglas besteht.
5. Einrichtung nach Anspruch 32 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t s daß bei Anwendung eines Laserlichts bei einer Wellenlänge von etwa 0>7 µm (wie beim Rubinlaser) der Tubus aus einem Bleiglas, vorzugsweise der Susammensetzungstype EG 18 der Fa, Jenaer GlasZerk, Schott & Genossen, besteht.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Tubus zweiteilig ausgeführt ist, von denen der der Optik benachbarte Teil die Absaugeinrichtung enthält und der dem zu bearbeitenden Material benachbarte Teil, der vorzugsweise in einen sich aufweitenden Trichter ausläuft, einstellbar gegenüber dein anderen Teil angeordnet ist.

L e e r s e i t e