DE19833368C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Bauteilen aus sprödbrüchigen Werkstoffen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Bauteilen aus sprödbrüchigen Werkstoffen

Info

Publication number
DE19833368C1
DE19833368C1 DE19833368A DE19833368A DE19833368C1 DE 19833368 C1 DE19833368 C1 DE 19833368C1 DE 19833368 A DE19833368 A DE 19833368A DE 19833368 A DE19833368 A DE 19833368A DE 19833368 C1 DE19833368 C1 DE 19833368C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser
component
intensity distribution
focal spot
diaphragm
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19833368A
Other languages
English (en)
Inventor
Andreas Berndt
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.)
Schott AG
Original Assignee
Schott Glaswerke AG
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 Schott Glaswerke AG filed Critical Schott Glaswerke AG
Priority to DE19833368A priority Critical patent/DE19833368C1/de
Priority to PCT/EP1999/004965 priority patent/WO2000005026A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19833368C1 publication Critical patent/DE19833368C1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073Shaping the laser spot
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/40Removing material taking account of the properties of the material involved
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Bei der Bearbeitung von Bauteilen aus sprödbrüchigem Material, insbesondere von Glas, vorzugsweise mit Laserstrahlen, kommt es wesentlich darauf an, durch eine entsprechende Strahlführung und -formung eine anwendungsgünstige Intensitätsverteilung im Laserstrahl bzw. im Brennfleck auf der Bauteiloberfläche zu erzeugen. DOLLAR A Gemäß der Erfindung erfolgt eine Vorgabe einer bestimmten Intensitätsverteilung im Strahl (1) durch eine rotationssymmetrische innere Abschattung des Strahles mit einer entsprechenden Blende (2a). DOLLAR A Diese Maßnahme ermöglicht eine kostengünstige und justagearme Erzeugung einer Vielzahl von geeigneten Intensitätsverteilungen im Strahl. DOLLAR A Anwendung findet die Erfindung vorzugsweise beim Laserstrahlschneiden und -spanen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung von Bauteilen aus sprödbrüchigen Werkstoffen, insbesondere aus Glas oder Glaskeramik, mittels eines hochenergetischen elektromagnetischen Strahles, vorzugsweise eines Laserstrahles.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine zugehörige Vorrichtung zur Bearbeitung derartiger Bauteile mittels eines derartigen Strahles.
Bei der Bearbeitung von Bauteilen aus Glas, Glaskeramik, Keramik und anderen sprödbrüchigen Werkstoffen, werden immer häufiger Laserstrahlverfahren eingesetzt, wobei grundsätzlich auch eine andere Strahlung, z. B. eine Mikrowellenstrahlung, Anwendung finden kann. Der Einfachheit halber wird jedoch im folgenden nur die Laserstrahlung angesprochen. Für die anderen Strahlungen gilt entsprechendes.
So kann mittels eines Laserstrahles beispielsweise ein Glaskörper durchtrennt werden. Ein derartiges Verfahren zum sogenannten Laserstrahlschneiden ist beispielsweise aus der DE 43 05 107 A1 und der DE 197 15 537 A1 bekannt geworden.
Es ist aber auch bekannt, einen Laserstrahl zur Erzeugung feiner Strukturen in einem Glaskörper zu erzeugen, indem das zu entfernende Werkstoffvolumen in Form von Spänen abgelöst wird. Ein derartiges sogenanntes Laserstrahlspanen ist beispielsweise aus der DE 42 00 656 C1 bekannt geworden.
Sowohl bei dem Laserstrahlschneiden als auch bei dem Laserstrahlspanen kommt es darauf an, durch eine entsprechende Strahlformung und -führung eine günstige Intensitätsverteilung im Laserstrahl bzw. im Brennfleck auf der Bauteiloberfläche zu erzeugen.
So sieht die zitierte DE 43 05 107 A1 für das Laserstrahlschneiden eine Schlitzblende mit variablem Spalt im Laserstrahlengang unter Erzeugung eines länglichen Strahlquerschnittes vor, wobei das Verhältnis von Länge zu Breite des Querschnittes einstellbar ist. Da die Schlitzblende als beugendes Objekt wirkt, entsteht dabei eine Intensitätsverteilung in Form zweier ausgeprägter Maxima und einem Minimum im Zentrum, d. h. in Form eines sogenannten Doppellinienfokusses.
Bei diesem bekannten Verfahren sind jedoch die Möglichkeiten zur Variation der Form des Brennflecken begrenzt. Ferner ist der erforderliche Justageaufwand sehr hoch. Eine Schwankung der Laserstrahlrichtung durch thermische Drift der Strahlquelle erfordert zudem eine dynamische Justage.
Bei dem Verfahren nach der DE 197 15 537 A1 wird ein Brennfleck mit V- bzw. U-förmiger Intensitätsverteilung verwendet. Dies kann in der Weise erreicht werden, indem entweder ein Laserstrahl mit homogener Intensitätsverteilung durch Scannen über die Werkstückoberfläche geführt wird oder indem der aus einem im TEM 01*-Mode arbeitenden Laser austretende Laserstrahl mit ringförmiger Intensitätsverteilung hälftig durch eine von der Seite eingeführte Blende abgeschattet wird. Bei diesem bekannten Verfahren sind ebenfalls die Möglichkeiten zur Variation des Brennfleckes begrenzt. Insbesondere ist kein Doppellinienfokus erzeugbar.
In der zitierten DE 42 00 656 C1 für das Laserstrahlspanen werden keine speziellen Möglichkeiten zur Variation der Intensitätsverteilung im Laserstrahl beschrieben. Ferner benötigt das daraus bekannte Verfahren ein Reaktionsgas für die Spanablösung, was den Aufwand erhöht.
Es ist auch bekannt, mittels eines Laser-Linsensystems (z. B. Axicon) oder einer Scanneroptik über eine optische Strahlformung ein vorgegebenes Intensitätsprofil zu erzeugen. Mit diesen bekannten optischen Maßnahmen kann im speziellen ein ringförmiges und generell auch ein beliebiges Intensitätsprofil erzeugt werden, jedoch liegt der Nachteil in der Notwendigkeit der Integration einer kostspieligen Zusatzoptik, die zudem Verschleiß unterliegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren so zu führen bzw. die zugehörige Vorrichtung so auszubilden, daß eine kostengünstige und justagearme Erzeugung von einer Vielzahl von geeigneten Intensitätsverteilungen im hochenergetischen elektromagnetischen Strahl möglich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt für das Verfahren gemäß den Schritten:
  • - Erzeugen eines hochenergetischen elektromagnetischen Strahles,
  • - Führen dieses Strahles fokussiert zu einem Brennfleck auf den zu bearbeitenden Bereich des Bauteiles, und
  • - Vorgabe einer bestimmten Intensitätsverteilung im Strahl durch mindestens eine rotationssymmetrische innere Abschattung des elektromagnetischen Strahles unter Vorgabe eines Brennfleckes mit mindestens zwei nebeneinander liegenden eiförmigen Intensitätsmaxima.
Hinsichtlich der zugehörigen Vorrichtung gelingt die Lösung der Aufgabe durch eine Vorrichtung mit:
  • - einer Strahlquelle zur Erzeugung eines hochenergetischen elektromagnetischen Strahles,
  • - optischen Mitteln zum Führen dieses Stahles fokussiert zu einem Brennfleck auf den zu bearbeitenden Bereich des Bauteils, und
  • - einer im Strahl angeordneten Blendenanordnung zur Vorgabe einer bestimmten Intensitätsverteilung im Strahl durch mindestens eine rotationssymmetrische innere Abschattung des Strahles unter Vorgabe eines Brennfleckes mit mindestens zwei nebeneinander liegenden eiförmigen Intensiätsmaxima.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen eine kostengünstige und justagearme Erzeugung einer Vielzahl von dem jeweiligen Zweck angepaßten Intensitätsverteilungen. Da für die typischen Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der zugehörigen Vorrichtung nur geringe Laserleistungen von unter 100 W eingestellt werden, bedingt zwar der Absorptionsverlust der Strahlung an der die innere rotationssymmetrische Abschattung bewirkenden Blende die Verwendung einer Strahlquelle mit erhöhter Ausgangsleistung. Den hierdurch entstehenden Mehrkosten stehen jedoch erheblich reduzierte Kosten für optische Verschleißteile und ein deutlich verringerter Justageaufwand gegenüber.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der hochenergetische elektromagnetische Strahl ein Laserstrahl.
Laserstrahlen sind besonders geeignet, schmale hochenergetische Brennflecke zu erzeugen und sie lassen sich auch mit optischen Mitteln verhältnismäßig einfach formen. Sie werden daher in der Praxis auch überwiegend benutzt, wenngleich die Erfindung darauf nicht beschränkt sein soll.
Die vorgenannten Vorteile werden besonders ausgeprägt erzielt, wenn das elektromagnetische Strahlenbündel ein Laserstrahl, vorzugsweise eines CO oder CO2-Lasers, ist. Dieser CO2-Laser emittiert Licht im fernen infraroten Bereich bei einer Wellenlänge von 10,6 µm. Diese Wärmestrahlung zeigt erhebliche Besonderheiten bei der Wirkung auf Materie. So wird sie von den meisten, im sichtbaren Licht transparenten Materialien stark absorbiert.
Der Umstand der starken Absorption in Glas wird hier verwendet, um das Glas zu erhitzen. Bei einem Absorptionskoeffizienten von 103 cm-1 wird 95% der Leistung in einer 30 µm dicken Schicht absorbiert.
Darüber hinaus eignet sich der CO2-Laser, wie auch jeder andere Laser, der vom Material genügend stark absorbiert wird, zum abschließenden Verschmelzen und Verrunden der scharfkantig gebrochenen Kerbe.
Aufgrund der unterschiedlichen Absorptionsbanden der einzelnen Materialien wird vorzugsweise ein in der Wellenlänge abstimmbarer Laser eingesetzt. So kann für jedes Material die Wellenlänge eingestellt werden, bei der dieses die stärkste Absorption zeigt, so daß die Energieverluste minimiert werden.
Z. B. ist die Absorption im Glas sehr stark von der Wellenlänge des Lasers abhängig, da die verwendete Strahlung an der Schulter einer Vibrationsbande der oxidischen Bindung liegt. Es gibt spezielle CO2-Laser, die mit Hilfe eines Interferenzgitters die emittierte Wellenlänge von 9,4 bis 11,8 µm verändern können. Das Absorptionsspektrum hängt auch sehr empfindlich von der chemischen Zusammensetzung des Glases ab. Eine höhere oder niedrigere Absorptionskante wird abhängig von den thermischen und mechanischen Eigenschaften der Glasmischung zu unterschiedlichen Ergebnissen beim Absprengen führen. Deshalb sollte die Wellenlänge auf die Glassorte optimiert werden.
Weitere ausgestaltende Merkmale sowie Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung den prinzipiellen Aufbau einer optischen Anordnung mit einem Laserstrahl und einer erfindungsgemäß ausgebildeten Blende zur Strahlformung zum Zwecke der Intensitätsverteilung im Laserstrahl,
Fig. 2 in einer stark schematisierten, vergrößerten Darstellung zwei mögliche technische Ausführungen der Blende in der Anordnung nach Fig. 1, und zwar in der Teilfigur A eine Blende in Form eines Drahtes oder Rohres zur Intensiätsverteilung im Laserstrahl, sowie in der Teilfigur B eine streifenförmige drehbare Blende zur einstellbaren Intensitätsverteilung, und
Fig. 3 in fünf Teilfiguren A-E verschiedene Beispiele für Intensitätsverteilungen des Laserstrahles auf dem zu bearbeitenden Werkstück, erzeugt durch unterschiedliche Blenden bzw. deren Einstellung.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine optische Anordnung zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Intensitätsverteilung am Beispiel eines Laserstrahles 1, der aus einem nicht dargestellten Laser, vorzugsweise einem CO2-Laser, kommt. Im Laserstrahlengang ist mittig eine Blende 2 eingebracht, von der zwei typische Ausführungsformen in den beiden Teilansichten A und B der Fig. 2 dargestellt sind. Im Strahlengang befindet sich weiterhin ein Umlenkspiegel 3, der den Laserstrahl auf ein Werkstück 4 aus sprödbrüchigem Material, z. B. Glas, umlenkt, das mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit in Pfeilrichtung bewegt wird. Zwischen dem Umlenkspiegel 3 und dem Werkstück 4 befindet sich eine Fokussiereinheit 5. Diese Fokussiereinheit kann eine Linse oder ein Spiegel sein, die zylindrisch ausgebildet sein kann.
Diese optischen Elemente erzeugen auf dem Werkstück 4 einen Brennfleck 6 entsprechend der erfindungsgemäßen Intensitätsverteilung im Laserstrahl, die maßgebend durch die erfindungsgemäß ausgebildete Blende 2 bestimmt wird. Der Aufbau der beschriebenen optischen Anordnung und die Wirkungsweise ist grundsätzlich bekannt, mit Ausnahme der speziell ausgebildeten Blende 2, so daß an dieser Stelle die Funktion nicht näher beschrieben werden muß.
Der Aufbau der erfindungsgemäß ausgebildeten Blende 2 in Fig. 1 erfolgt im einfachsten Fall gemäß Fig. 2, Teil A durch einen Draht oder auch ein Rohr 2a mit dem Durchmesser D. Dadurch tritt eine innere rotationssymmetrische Abschattung des Laserstrahles 1 entsprechend dem Maß D ein, was unter Einwirkung der Fokussiereinheit 5 zu einer Fokussiergeometrie, einem Doppelfokus, entsprechend Fig. 3, Teil A führt. Die Blende 2a erzeugt daher in Verbindung mit der Fokussiereinheit 5 eine Einschnürung der Intensiätsverteilung, was auf dem Werkstück 4 den beschriebenen Doppelfokus 6 mit zwei nebeneinander angeordneten Laserstrahl-Peaks 6a und 6b erzeugt. Die schwarzumrandeten Zonen stellen dabei Zonen abnehmender Intensität dar.
Anstelle des Drahtes bzw. Rohres 2a in Fig. 2A kann auch eine senkrecht zur Strahlrichtung drehbare streifenförmige Blende 2b gemäß Fig. 2B verwendet werden. Ein Verstellwinkel Δϕ aus der Strahlmitte heraus bewirkt dabei eine Abschattung Δx, was ebenfalls, wie anhand der Blende nach Fig. 2 A bereits beschrieben, zu dem Doppelfokus nach Fig. 3A führt.
Durch die Drehung der Blende 2b läßt sich deren effektive Breite stufenlos einstellen. Hieraus ergibt sich eine Variation des Abstandes der beiden Intensitätsabschnitte und eine Änderung der Laserleistung am Wirkort. Die exakte laterale Justage der Blenden 2a und 2b zur Laserstrahlmitte erfolgt durch deren Verschiebung. Die Blende wird hierbei derart verschoben, daß die Leistung der transmittierten Strahlung einen Minimalwert erreicht.
Durch die Verwendung eines Blendenmateriales aus einem Metall (z. B. Kupfer, Aluminium oder Stahl) wird ein Verschleiß der Blende verhindert und gleichzeitig durch eine gute Wärmeableitung ein thermisch bedingter Verzug vermieden.
Wie man insbesondere aus Fig. 2 erkennt, erfolgt durch die erfindungsgemäße Blendenanordnung eine rotationssymmetrische Abschattung im Innern des Laserstrahles, im Gegensatz zur Schlitzblende nach der eingangs zitierten DE 43 05 107 A1, die den Laserstrahl von außen kommend abschattet, so daß der innere Teil des Laserstrahles unbeeinflußt bleibt und die wesentliche Energie für den Brennfleck liefert. Die erfindungsgemäße innere rotationssymmetrische Ausblendung des Laserstrahles ermöglicht, wie noch ersichtlich wird, eine wesentlich größere Variation der Geometrie des fokussierten Brennfleckes durch entsprechende Intensitätsverteilungen im Strahl.
In den Fig. 1 und 2 ist jeweils nur eine Blende 2 bzw. 2a, 2b vorgesehen. Es ist auch denkbar, mehrere Blenden zu verwenden, die in definierten Winkeln zueinander stehen, um eine weitere Variation der Intensitätsverteilung zu bewirken.
Bei Verwendung von beispielsweise zwei Blenden entsprechend Fig. 2 oder durch Ausnutzung von Beugungseffekten läßt sich beispielsweise eine Brennfleckgeometrie 6' entsprechend Fig. 3B mit drei Peaks 6'a, 6'b, 6'c erzielen. Bei Verwendung einer Optik, die nur in einer der beiden Hauptebenen fokussiert, kann eine Intensitätsverteilung erzeugt werden, die in einer Richtung verzerrt ist. Ferner ist durch die Einbringung von mehreren Blenden eine weitere Modifikation möglich. Fig. 3D zeigt die durch die Verwendung von zwei rechtwinklig angeordneten Blenden erzeugte Intensitätsverteilung 6" mit vier Peaks 6" a, b, c, d. Hiermit ist eine Bearbeitung von rechtwinkligen Konturen möglich, ohne die Strahlformung und -führung entsprechend der Vorschubrichtung zu drehen oder nachzufahren. Durch die Variation des Einfallswinkels der Laserstrahlung läßt sich die Intensitätsverteilung zu einem offenen "V" verzerren (Figur (3E).
Zur Bearbeitung großer Flächen kann die parallele Bearbeitung in räumlich getrennten Bereichen des Werkstückes 4 erforderlich sein. Es ist zwar grundsätzlich möglich, mehrere Laserstrahlquellen einzusetzen oder einen Laserstrahl über Strahlteiler zu separieren und getrennt zum Werkstück zu führen, dieser Ansatz führt jedoch zu einem beträchtlichem Justageaufwand.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Strahlteilung über eine diffraktive Optik und eine nachgeschaltete Strahlformung über ein Blendensystem nach der Erfindung bzw. in der Strahlteilung und -formung über eine diffraktive Optik. Ein derartiges System erzeugt eine Vielzahl von Laserspots, die durch den Einsatz eines Blendensystems die simultane Bearbeitung an mehreren Stellen ermöglicht. Weiterhin ist der Aufbau eines derartigen optischen Systems durch die Verwendung von Lichtleitfasern oder Hohlwellenleitern und einem nachgeschalteten Blendensystem nach der Erfindung denkbar.
Durch die Variation des Einfallswinkels des modifizierten Laserstrahles 1 auf das Werkstück 4 läßt sich die erzeugte Intensiätsverteilung dahingehend modifizieren, daß anstelle des Doppelfokus nach Fig. 3A zwei längliche parallele Linienfokusse 6'''a, b entsprechend der Brennfleckgeometrie 6''' nach Fig. 3C entstehen, die auch zu einem Brennfleck 6"" mit offenem "v" nach Fig. 3E bzw. mit anderen Intensitätsverteilungen entsprechend verzerrt werden können.
Die Breite der erzeugten Intensitätsverteilungen liegt vorzugsweise zwischen 0,5 bis 5 mm. Die Länge des Wirkortes auf der Werkstückoberfläche kann bis zu 40 mm betragen.
Das beschriebene Verfahren läßt sich für alle spröden Materialien verwenden, die sich durch thermische Spannung brechen lassen (z. B. Keramik, Steine, Kristalle). Die Strahlungsquelle muß dabei in der Wellenlänge den Absorptionseigenschaften der Materialien angepaßt werden.
Mögliche Anwendungen von Strahlen mit der erfindungsgemäßen Intensitätsverteilung liegen insbesondere im Laserstrahlschneiden und Laserstrahlspanen von spröden Werkstoffen. Im ersten Fall erfolgt eine Durchtrennung beispielsweise einer Glasplatte oder eine Abtrennung eines Glasrandes bei der Kelchglasherstellung. Beim Laserstrahlspanen werden Strukturen in das Glas eingebracht, z. B. Kerben in eine Kanalplatte für moderne Flachbildschirme. Bei Erzeugung einer definierten Intensitätsverteilung der eingesetzten Strahlungsquelle kann in Verbindung mittels einer abgestimmten Kombination von Leistung und Vorschubgeschwindigkeit bewirkt werden, daß sich das zu entfernende Werkstoffvolumen in Form von Spänen unter Ausbildung der Strukturen ablöst. Die Variation der Intensitätsverteilung bewirkt dabei eine Steuerung der Temperaturverteilung in der Werkstückoberfläche und dadurch eine Änderung der erzeugten Maßhaltigkeit der Strukturen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Bearbeitung von Bauteilen aus sprödbrüchigen Werkstoffen mit den Schritten:
  • 1. Erzeugen eines hochenergetischen elektromagnetischen Strahles,
  • 2. Führen dieses Strahles fokussiert zu einem Brennfleck auf den zu bearbeitenden Bereich des Bauteiles, und
  • 3. Vorgabe einer bestimmten Intensitätsverteilung im Strahl durch mindestens eine rotationssymmetrische innere Abschattung des elektromagnetischen Strahles unter Vorgabe eines Brennfleckes mit mindestens zwei nebeneinander liegenden eiförmigen Intensitätsmaxima.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochenergetische elektromagnetische Strahl ein Laserstrahl, vorzugsweise eines CO- oder CO2-Lasers, ist, dessen Wellenlänge dem spektralen Absorptionsmaximum des zu bearbeitenden Bauteiles entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Querschnittes der inneren Abschattung einstellbar ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr innere Abschattungsbereiche ausgebildet sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Strahl geteilt wird und in jedem Teilbündel eine bestimmte Intensitätsverteilung durch mindestens eine rotationssymmetrische innere Abschattung vor der Fokussierung der Teilbündel auf dem Bauteil vorgegeben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlbündel schräg auf das Bauteil geführt wird.
7. Vorrichtung zur Bearbeitung von Bauteilen (4) aus sprödbrüchigen Werkstoffen, mit:
  • 1. einer Strahlquelle zur Erzeugung eines hochenergetischen elektromagnetischen Strahles (1),
  • 2. optischen Mitteln (3, 5) zum Führen dieses Strahles fokussiert zu einem Brennfleck auf den zu bearbeitenden Bereich des Bauteils, und
  • 3. einer im Strahl (1) angeordneten Blendenanordnung (2, 2a, 2b) zur Vorgabe einer bestimmten Intensitätsverteilung im Strahl (1) durch mindestens eine rotationssymmetrische innere Abschattung des Strahles (1) unter Vorgabe eines Brennfleckes (6) mit mindestens zwei nebeneinander liegenden eiförmigen Intensitätsmaxima (6a, 6 b).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlquelle ein Laser ist, vorzugsweise ein CO2-Laser, dessen Wellenlänge auf das spektrale Absorptionsmaximum des zu bearbeitenden Bauteils abgestimmt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenanordnung aus einem Draht oder Rohr (20) besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenanordnung aus einer streifenförmigen Blende (2b) besteht, die drehbar quer im Strahlengang angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Blendenanordnungen nebeneinander im Strahl angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strahlengang eine diffraktive Optik zur Erzeugung von räumlich getrennten Teilstrahlen angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Teilstrahl mindestens eine Blendenanordnung für die rotationssymmetrische innere Abschattung im Teilstrahl vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtleitfasern oder Hohlwellenleiter zur Strahlteilung in Kombination mit einem Blendensystem zur inneren Abschattung der Teilbündel vorgesehen sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlführenden optischen Mittel (3, 5) so angeordnet sind, daß der Strahl (1) schräg auf das zu bearbeitende Bauteil (4) auftrifft.
DE19833368A 1998-07-24 1998-07-24 Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Bauteilen aus sprödbrüchigen Werkstoffen Expired - Fee Related DE19833368C1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19833368A DE19833368C1 (de) 1998-07-24 1998-07-24 Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Bauteilen aus sprödbrüchigen Werkstoffen
PCT/EP1999/004965 WO2000005026A1 (de) 1998-07-24 1999-07-14 Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von bauteilen aus sprödbrüchigen werkstoffen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19833368A DE19833368C1 (de) 1998-07-24 1998-07-24 Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Bauteilen aus sprödbrüchigen Werkstoffen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19833368C1 true DE19833368C1 (de) 2000-02-17

Family

ID=7875193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19833368A Expired - Fee Related DE19833368C1 (de) 1998-07-24 1998-07-24 Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Bauteilen aus sprödbrüchigen Werkstoffen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19833368C1 (de)
WO (1) WO2000005026A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10318681A1 (de) * 2003-04-24 2004-11-25 Schott Glas Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen eines Randbereichs einer Substratschicht und zur Substratbeschichtung sowie Substrat
DE102005013783A1 (de) * 2005-03-22 2006-09-28 Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh Verfahren zum Trennen von spröden Materialien mittels Laser mit unsymmetrischer Strahlungsdichteverteilung
WO2016156234A1 (de) * 2015-03-27 2016-10-06 Schott Ag Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen trennen von glas

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7099590B2 (en) 2000-08-25 2006-08-29 R&Dm Foundation Filtering technique for free space interconnects
US7082267B1 (en) 2000-08-25 2006-07-25 R& Dm Foundation Shared multi-channel parallel optical interface
US6452700B1 (en) 2001-01-11 2002-09-17 R&Dm Foundation Computer backplane employing free space optical interconnect
US6853812B2 (en) 2001-05-09 2005-02-08 Robert Mays, Jr. Polarized-holographic filtering providing improved extinction ratio
US6738544B2 (en) 2002-06-11 2004-05-18 Megladon Manufacturing Group Thermally-shaped optical fiber and a method for forming the optical fiber

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4200656C1 (en) * 1992-01-13 1993-03-11 Maho Ag, 8962 Pfronten, De Removal of material by laser beam - by directing beam opt. at angle to workpiece and passing reactive substance, esp. oxygen, into laser unit head
DE4305107A1 (de) * 1993-02-19 1994-08-25 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden eines spröden Körpers mit Laserstrahlung
DE19715537A1 (de) * 1997-04-14 1997-10-09 Schott Glaswerke Verfahren und Vorrichtung zum Durchtrennen von flachen Werkstücken aus sprödem Material, insbesondere aus Glas

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1123920A (en) * 1978-08-24 1982-05-18 Kevin R. Daly Laser soldering apparatus
EP0098048A1 (de) * 1982-06-25 1984-01-11 Philip Morris Incorporated Strahlteiler
FR2654843B1 (fr) * 1989-11-23 1993-03-26 Commissariat Energie Atomique Dispositif de focalisation d'un faisceau lumineux permettant d'obtenir une tache focale de forme allongee.
DE4235165C2 (de) * 1992-10-19 1995-01-19 Thyssen Stahl Ag Optischer Strahlteiler, insbesondere für einen Laserstrahl
JPH06230321A (ja) * 1992-12-09 1994-08-19 Menicon Co Ltd 眼用レンズのマーキング方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4200656C1 (en) * 1992-01-13 1993-03-11 Maho Ag, 8962 Pfronten, De Removal of material by laser beam - by directing beam opt. at angle to workpiece and passing reactive substance, esp. oxygen, into laser unit head
DE4305107A1 (de) * 1993-02-19 1994-08-25 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden eines spröden Körpers mit Laserstrahlung
DE19715537A1 (de) * 1997-04-14 1997-10-09 Schott Glaswerke Verfahren und Vorrichtung zum Durchtrennen von flachen Werkstücken aus sprödem Material, insbesondere aus Glas

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10318681A1 (de) * 2003-04-24 2004-11-25 Schott Glas Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen eines Randbereichs einer Substratschicht und zur Substratbeschichtung sowie Substrat
DE10318681B4 (de) * 2003-04-24 2006-07-06 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen eines Randbereichs einer Substratschicht und zur Substratbeschichtung sowie Substrat
DE102005013783A1 (de) * 2005-03-22 2006-09-28 Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh Verfahren zum Trennen von spröden Materialien mittels Laser mit unsymmetrischer Strahlungsdichteverteilung
DE102005013783B4 (de) * 2005-03-22 2007-08-16 Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh Verfahren zum Trennen von spröden Materialien mittels Laser mit unsymmetrischer Strahlungsdichteverteilung
WO2016156234A1 (de) * 2015-03-27 2016-10-06 Schott Ag Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen trennen von glas

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000005026A1 (de) 2000-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014213775B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen, kristallinen Substraten, insbesondere von Halbleitersubstraten
EP1531963B1 (de) Vorrichtung mit einer strahlformungseinheit mit zwei axicon-linsen zum einbringen von strahlungsenergie in ein werkstück aus einem schwach absorbierenden material
WO2021259597A1 (de) Bearbeitungsoptik, laserbearbeitungsvorrichtung und verfahren zur laserbearbeitung
EP2650076B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von Trennrissen in ein Substrat unter Verwendung einer eine starre Blendenöffnung aufweisenden starren Blende
DE2527622B2 (de) Einrichtung zur Erzeugung eines in einer Abbildungsebene der Rechteckform angenäherten Querschnittes eines Laserstrahlenb lindeis
DE112004000581T5 (de) Verfahren zum Schneiden von Glas
EP3624984B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum trennen eines werkstücks entlang einer vorbestimmten bearbeitungslinie unter verwendung eines gepulsten polychromatischen laserstrahles und eines filters
DE2927130A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur waermebehandlung von oberflaechen von werkstuecken aus stahl
DE202007001346U1 (de) Einrichtung zum durchtrennenden Bearbeiten von Bauteilen aus sprödbrüchigem Material
DE19833368C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Bauteilen aus sprödbrüchigen Werkstoffen
EP0748268B1 (de) Verfahren zum vorbereiten der fügebereiche beschichteter werkstücke zum schweissen mit laserstrahlung und überlappstoss zum schweissen beschichteter werkstücke
DE102008000306A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laserschneiden
DE19825092A1 (de) Lasersystem zur Erzeugung eines fokussierten Laserstrahls mit variablem Fokusdurchmesser
DE102018106579A1 (de) Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels Bestrahlung mit Laserstrahlung sowie Vorrichtung hierzu
EP3815835B1 (de) Laserbearbeitungskopf und verfahren zum laserbearbeiten eines werkstücks
DE10128609B4 (de) Anordnung zur Verstellung mindestens eines Parameters eines über einem Werkstück fokussierten Strahls für die Laserstrahlmaterialbearbeitung
DE10240008B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Quarzglas-Rohlings
DE102017103096A1 (de) 3D-Vorrichtung für die Herstellung eines räumlich ausgedehnten Produkts
DE102013109479B3 (de) Verfahren und Laseranordnung zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem gepulsten Laserstrahl
EP3042551B1 (de) Strahlführungseinrichtung und euv-strahlungserzeugungsvorrichtung damit
DE10231969B4 (de) Optisches Element zur Formung eines Lichtstrahls und Verfahren zum Bearbeiten von Objekten mittels Laserstrahlen
WO2023247169A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von werkstücken
DE10232815B4 (de) Verfahren zur Modifizierung von dielektrischen Materialeigenschaften
DE102020133145A1 (de) Laserbearbeitung eines teiltransparenten werkstücks mit einem quasi-nichtbeugenden laserstrahl
WO2022167252A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur laserbearbeitung eines werkstücks

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: SCHOTT AG, 55122 MAINZ, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B23K0026060000

Ipc: B23K0026066000