DE202019102016U1

DE202019102016U1 - Strukturierung von Oberflächen

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Publication number: DE202019102016U1
Application number: DE202019102016.4U
Authority: DE
Original assignee: 4JET Microtech GmbH
Current assignee: 4JET Microtech GmbH
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2019-05-21
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: DE102020109577A1

Abstract

Laserbearbeitungsvorrichtung (100) aufweisend:
eine Laservorrichtung (102), welche eingerichtet ist zum Erzeugen eines Intensitätsmusters (103) auf einer Zieloberfläche (104), wobei das Intensitätsmuster (103) eine Mehrzahl von Linien (128) aufweist, die in einer Längsrichtung (130) jeweils eine größte Ausdehnung (132) aufweisen und die in einer Querrichtung (134) nebeneinander angeordnet sind, wobei sich die Querrichtung (134) senkrecht zu der Längsrichtung (130) erstreckt;
eine Aktoranordnung (112), mit welcher eine Position des Intensitätsmusters (103) auf der Zieloberfläche veränderbar ist;
eine Steuervorrichtung (120), welche eingerichtet ist, um die Laservorrichtung (102) und die Aktoranordnung (112) zu steuern und dadurch
das Intensitätsmuster (103) an einer ersten Position (136) auf der Zieloberfläche (104) zu erzeugen und
das Intensitätsmuster (103) an einer zweiten Position (138) auf der Zieloberfläche (104) zu erzeugen;
wobei mindestens eine Linie (128) des Intensitätsmusters (103) an der zweiten Position (138) mit der entsprechenden Linie (128) des Intensitätsmusters (103) an der ersten Position (136) überlappt und die zweite Position (138) versetzt zu der ersten Position (136) angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die hierin offenbarten Gegenstände betreffen das Gebiet der Oberflächenstru ktu rieru ng.
HINTERGRUND
WO 2018/197555 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Riblets (d.h. Rippen), wobei die Riblets mittels Laserinterferenzstrukturierung (DLIP - Direct Laser Interference Patterning) in eine Oberfläche, insbesondere in eine bereits lackierte und ausgehärtete Oberfläche, eingebracht werden. Ein Bauteil mit den auf diese Weise hergestellten Riblets ermöglicht es, Flugzeuge, Schiffe und Windkraftanlagen mit einem geringeren Strömungswiderstand zu betreiben.
ZUSAMMENFASSUNG
Angesichts der oben beschriebenen Situation gibt es ein Bedürfnis für eine Technik, welche eine Strukturierung von Oberflächen mit verbesserten Charakteristika erlaubt.
Diesem Bedürfnis wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche Rechnung getragen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß dem ersten Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände wird eine Vorrichtung offenbart, insbesondere eine Laserbearbeitungsvorrichtung.
Gemäß Ausführungsformen des ersten Aspektes wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung offenbart, die Laserbearbeitungsvorrichtung aufweisend: eine Laservorrichtung, welche eingerichtet ist zum Erzeugen eines Intensitätsmusters auf einer Zieloberfläche, wobei das Intensitätsmuster eine Mehrzahl von Linien aufweist, die in einer Längsrichtung jeweils eine größte Ausdehnung aufweisen und die in einer Querrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei sich die Querrichtung senkrecht zu der Längsrichtung erstreckt; eine Aktoranordnung, mit welcher eine Position des Intensitätsmusters auf der Zieloberfläche veränderbar ist; eine Steuervorrichtung, welche eingerichtet ist, um die Laservorrichtung und die Aktoranordnung zu steuern und dadurch das Intensitätsmuster an einer ersten Position auf der Zieloberfläche zu erzeugen und das Intensitätsmuster an einer zweiten Position auf der Zieloberfläche zu erzeugen; wobei mindestens eine Linie des Intensitätsmusters an der zweiten Position mit der entsprechenden Linie des Intensitätsmusters an der ersten Position überlappt und die zweite Position versetzt zu der ersten Position angeordnet ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände wird ein Verfahren offenbart.
Gemäß Ausführungsformen des zweiten Aspektes wird ein Verfahren zum Bearbeiten einer Zieloberfläche mit einer Laserstrahlung offenbart, das Verfahren aufweisend: Erzeugen eines Intensitätsmusters an einer ersten Position auf der Zieloberfläche; und Erzeugen des Intensitätsmusters an einer zweiten Position auf der Zieloberfläche; wobei das Intensitätsmuster eine Mehrzahl von Linien aufweist, die in einer Längsrichtung jeweils eine größte Ausdehnung aufweisen und die in einer Querrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei sich die Querrichtung senkrecht zu der Längsrichtung erstreckt; und wobei mindestens eine Linie des Intensitätsmusters an der zweiten Position mit der entsprechenden Linie des Intensitätsmusters an der ersten Position überlappt und die zweite Position versetzt zu der ersten Position angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform eines dritten Aspektes wird eine Steuervorrichtung offenbart.
Gemäß Ausführungsformen des dritten Aspektes wird eine Steuervorrichtung für eine Laserbearbeitungsvorrichtung offenbart, insbesondere eine Steuervorrichtung für eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder mindestens einer Ausführungsform davon, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt oder mindestens einer Ausführungsform davon durchzuführen.
Gemäß einem vierten Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände wird ein Objekt mit einer laserbearbeiteten Zieloberfläche offenbart.
Gemäß Ausführungsformen des vierten Aspektes wird ein Objekt mit einer laserbearbeiteten Zieloberfläche offenbart, wobei die Zieloberfläche mit dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt oder mindestens einer Ausführungsform davon bearbeitet ist.
Gemäß einem fünften Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände wird ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein nicht-transientes Computerprogrammprodukt offenbart, welches ein Programmelement aufweist.
Gemäß Ausführungsformen des fünften Aspektes wird ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein nicht-transientes Computerprogrammprodukt offenbart, welches ein Programmelement aufweist, wobei das Computerprogrammprodukt eingerichtet ist um, wenn das Programmelement auf einer Prozessorvorrichtung ausgeführt wird, ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt oder mindestens einer Ausführungsform davon auszuführen.
Verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände basieren auf der Idee, dass durch einen Versatz eines Intensitätsmusters mit einer Mehrzahl von Linien (insbesondere durch einen Versatz in einer Querrichtung (d.h. quer zu den Linien)) Furchen in der Zieloberfläche, die durch die Linien in dem Intensitätsmusters erzeugt werden, für ein gegebenes Intensitätsmuster verbreitert werden können und/oder die verbleibenden Stege zwischen den Furchen spitzer werden und/oder die Flanken der Stege steiler werden. Diese geänderte Charakteristik der Furchen bzw. der Stege zwischen den Furchen ist insbesondere bei der Herstellung von Riblets zur Reduzierung eines Strömungswiderstandes vorteilhaft. Hierbei bilden die Stege zwischen den Furchen die sogenannten Riblets.
Gemäß Ausführungsformen des ersten Aspektes ist die Laserbearbeitungsvorrichtung ausgebildet zum Liefern der Funktionalität von einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen und/oder zum Liefern der Funktionalität, wie sie für eine oder mehrere der hierin offenbarten Ausführungsformen erforderlich ist, insbesondere der Ausführungsformen des ersten, zweiten, dritten, vierten und/oder fünften Aspektes.
Gemäß Ausführungsformen des zweiten Aspektes ist das Verfahren ausgebildet zum Liefern der Funktionalität von einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen und/oder zum Liefern der Funktionalität, wie sie für eine oder mehrere der hierin offenbarten Ausführungsformen erforderlich ist, insbesondere der Ausführungsformen des ersten, zweiten, dritten, vierten und/oder fünften Aspektes.
Gemäß Ausführungsformen des dritten Aspektes ist die Steuervorrichtung ausgebildet zum Liefern der Funktionalität von einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen und/oder zum Liefern der Funktionalität, wie sie für eine oder mehrere der hierin offenbarten Ausführungsformen erforderlich ist, insbesondere der Ausführungsformen des ersten, zweiten, dritten, vierten und/oder fünften Aspektes.
Gemäß Ausführungsformen des vierten Aspektes ist das Objekt ausgebildet zum Liefern der Funktionalität von einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen und/oder zum Liefern der Funktionalität, wie sie für eine oder mehrere der hierin offenbarten Ausführungsformen erforderlich ist, insbesondere der Ausführungsformen des ersten, zweiten, dritten, vierten und/oder fünften Aspektes.
Gemäß Ausführungsformen des fünften Aspektes ist das Computerprogrammprodukt ausgebildet zum Liefern der Funktionalität von einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen und/oder zum Liefern der Funktionalität, wie sie für eine oder mehrere der hierin offenbarten Ausführungsformen erforderlich ist, insbesondere der Ausführungsformen des ersten, zweiten, dritten, vierten und/oder fünften Aspektes.
Weitere Vorteile und Merkmale der hierin offenbarten Gegenstände ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen, auf welche die vorliegende Offenbarung jedoch nicht beschränkt ist. Die einzelnen Figuren der Zeichnungen dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht notwendigerweise maßstabsgetreu anzusehen.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
2 zeigt schematisch und exemplarisch ein Intensitätsmuster gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände an verschiedenen Positionen.
3 zeigt eine Vielzahl von Furchen gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
4 zeigt beispielhaft ein Foto einer (Ziel-) Oberfläche eines Objekts mit zwei Bearbeitungsmustern, die durch zwei einzelne Laserspots, wie sie für Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände verwendet werden können, erzeugt wurden.
5 zeigt schematisch eine bearbeitete Oberfläche gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
Die 6 bis 8 zeigen Mikroskopaufnahmen von Furchen, die mit unterschiedlichen Winkeln zwischen der Positionierungsrichtung und der Längsrichtung der Linien erzeugt wurden.

BESCHREIBUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände beschrieben, wobei beispielsweise auf eine Laserbearbeitungsvorrichtung, ein Verfahren, eine Steuervorrichtung, ein Objekt oder ein Computerprogrammprodukt Bezug genommen wird. Es sollte hervorgehoben werden, dass natürlich jede Kombination von Merkmalen verschiedener Aspekte, Ausführungsformen und Beispiele möglich ist. Insbesondere werden einige Ausführungsformen mit Bezug auf ein Verfahren oder ein Computerprogrammprodukt beschrieben, während andere Ausführungsformen mit Bezug auf eine Laserbearbeitungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung oder ein Objekt beschrieben werden. Jedoch wird der Fachmann der vorstehenden und der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehmen, dass, solange es nicht anders angegeben ist, Merkmale verschiedener Aspekte, Ausführungsformen und Beispiele kombinierbar sind und solche Kombinationen von Merkmalen als durch diese Anmeldung offenbart anzusehen sind. Beispielsweise ist selbst ein Merkmal, welches sich auf ein Verfahren oder ein Computerprogrammprodukt bezieht, mit einem Merkmal kombinierbar, welches sich auf eine Laserbearbeitungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung oder ein Objekt bezieht, und umgekehrt. Ferner ist ein Merkmal einer Ausführungsform, welches sich auf eine Laserbearbeitungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung oder ein Objekt bezieht, mit einem korrespondierenden Merkmal kombinierbar, welches sich auf ein Verfahren oder ein Computerprogrammprodukt bezieht. Mit der Offenbarung eines Verfahrens, einer Ausführungsform eines Verfahrens oder einer Funktion sind ferner ein oder mehrere Aktoren sowie eine mit den Aktoren zusammenwirkende Funktionalität einer Steuervorrichtung als offenbart anzusehen, welche zur Ausführung des Verfahrens bzw. der Funktion ausgebildet sind. Ferner ist mit der Offenbarung einer Funktion einer Vorrichtung ein entsprechendes Verfahren, welches die Funktion ohne Vorrichtungsmerkmale definiert, als offenbart anzusehen.
Wie hierin verwendet, ist eine Bezugnahme auf das Computerprogrammprodukt mit einem Programmelement äquivalent zu einer Bezugnahme auf das Programmelement und/oder ein computerlesbares Medium, welches ein Programmelement enthält, wobei das Programmelement eingerichtet ist zum Steuern der Prozessorvorrichtung (beispielsweise eines Computersystems) zum Bewirken und/oder Koordinieren der Ausführung von einem oder mehreren der oben beschriebenen Verfahren. Gemäß einer Ausführungsform ist das Programmelement ein nicht-transientes Programmelement.
Das Programmelement kann implementiert sein als computerlesbarer Instruktionscode durch Verwendung von irgendeiner geeigneten Programmiersprache, wie beispielsweise, zum Beispiel, JAVA, C#, etc. und kann gespeichert sein auf einem computerlesbaren Medium (entfernbare Disc, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, Embedded Speicher/Prozessor etc.). Der Instruktionscode ist betreibbar zum Programmieren eines Computers oder irgendeiner anderen programmierbaren Prozessorvorrichtung zum Ausführen der beabsichtigten Funktionen. Das Programmelement kann von einem Netzwerk verfügbar sein, beispielsweise von dem WorldWideWeb, von welchem es heruntergeladen werden kann.
Die hierin offenbarten Gegenstände können realisiert werden mittels eines Programmelements bzw. Software. Jedoch können die hierin offenbarten Gegenstände auch realisiert werden mittels einem oder mehreren spezifischen elektronischen Schaltungen bzw. Hardware. Ferner können die hierin offenbarten Gegenstände auch in Hybridform realisiert werden, d.h. in einer Kombination von Softwaremodulen und Hardwaremodulen.
Sofern nichts anderes angegeben ist, sind Zahlenwerte einschließlich eines ±5 %-Fensters zu verstehen, d. h. beispielsweise eine Angabe von eines Winkels von 10 Grad umfasst gemäß einer Ausführungsform einen Winkel innerhalb eines Intervalls von (10 Grad ± 5 %) = [9,5 Grad; 10,5 Grad] und eine Prozentangabe von 5 % umfasst gemäß einer Ausführungsform eine Prozentangabe innerhalb eines Intervalls von 10 % ± 5 % = [5 %; 15 %]. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Zahlenwerte einschließlich eines ±10 %-Fensters zu verstehen.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung offenbart. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Laservorrichtung auf, welche eingerichtet ist zum Erzeugen eines Intensitätsmusters auf einer Zieloberfläche mittels einer Laserstrahlung der Laservorrichtung. Gemäß einer Ausführungsform weist das Intensitätsmusters eine Mehrzahl von Linien auf, die in einer Längsrichtung jeweils eine größte Ausdehnung aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform sind die Linien der Mehrzahl von Linien in einer Querrichtung, die sich senkrecht zu der Längsrichtung erstreckt, nebeneinander angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Aktoranordnung auf, mit welchem eine Position des Intensitätsmusters auf der Zieloberfläche veränderbar ist. Ferner weist gemäß einer Ausführungsform die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Steuervorrichtung auf, welche eingerichtet ist, um die Laservorrichtung und die Aktoranordnung zu steuern und dadurch das Intensitätsmuster an einer ersten Position auf der Zieloberfläche zu erzeugen und das Intensitätsmuster an einer zweiten Position auf der Zieloberfläche zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform überlappt mindestens eine Linie des Intensitätsmusters an der zweiten Position mit der entsprechenden Linie des Intensitätsmusters an der ersten Position, wobei die zweite Position in der Querrichtung zu der ersten Position versetzt angeordnet ist.
Entsprechend weist gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren eine oder mehrere der folgenden Ausführungsformen auf. Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren zum Bearbeiten einer Zieloberfläche mit einer Laserstrahlung ein Erzeugen eines Intensitätsmusters an einer ersten Position auf der Zieloberfläche und ein Erzeugen des Intensitätsmusters an einer zweiten Position auf der Zieloberfläche (mittels der Laserstrahlung) auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Intensitätsmuster hierbei eine Mehrzahl von Linien auf, die in einer Längsrichtung jeweils eine größte Ausdehnung aufweisen und die in einer Querrichtung, die sich senkrecht zu der Längsrichtung erstreckt, nebeneinander angeordnet sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform überlappt mindestens eine Linie des Intensitätsmusters an der zweiten Position mit der entsprechenden Linie des Intensitätsmusters an der ersten Position, wobei die zweite Position in der Querrichtung zu der ersten Position versetzt angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Längsrichtung definiert durch diejenige Richtung, in welcher die Linien eine größte Ausdehnung aufweisen. Die Längsrichtung ist hierbei eine gemeinsame Längsrichtung, d. h. eine einzige Richtung, die durch alle Linien des Intensitätsmusters definiert ist. Es versteht sich, dass die Linien hierbei nicht notwendigerweise die gleiche größte Ausdehnung in der Längsrichtung aufweisen müssen - vielmehr wird dies regelmäßig nicht der Fall sein. Gemäß einer Ausführungsform wird die Längsrichtung durch Parameteranpassung einer Geradengleichung aus dem Intensitätsmusters errechnet. Jede andere geeignete Vorgehensweise zur Bestimmung der Längsrichtung ist jedoch ebenso möglich.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Linien zueinander parallel oder im Wesentlichen einander parallel angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Linien geradlinig oder im Wesentlichen geradlinig. Gemäß einer Ausführungsform ist das Intensitätsmuster durch Interferenz von mindestens zwei Teilstrahlen erzeugt. Mit anderen Worten umfasst die Laserstrahlung gemäß einer Ausführungsform mindestens zwei Teilstrahlen, die miteinander interferieren, um das Intensitätsmuster zu erzeugen. Andere Formen der Erzeugung des Intensitätsmusters sind jedoch ebenso möglich.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Aktoranordnung mindestens einen Aktor, beispielsweise mindestens einen Aktor zum Bewegen des Intensitätsmusters und/oder mindestens einen Aktor zum Bewegen der Zieloberfläche (bzw. des Objekts, welches die Zieloberfläche aufweist). Ein Bewegen kann hierbei beispielsweise ein Verschieben und/oder ein Verschwenken, etc. umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Position des Intensitätsmusters bestimmt durch den „Schwerpunkt“ des Intensitätsmusters oder einen anderen reproduzierbaren Punkt des Intensitätsmusters.
Allgemein bedeutet in dieser Beschreibung ein Überlappen nicht, dass die überlappenden Teile (beispielsweise die überlappenden Linien) an der ersten Position und der zweiten Position gleichzeitig erzeugt sein müssen. Vielmehr wird gemäß einer Ausführungsform das Intensitätsmuster an der zweiten Position mit zeitlichem Abstand von dem Intensitätsmuster an der ersten Position erzeugt. Daher ist gemäß einer Ausführungsform die Angabe, dass mindestens eine Linie des Intensitätsmusters an der zweiten Position mit der entsprechenden Linie des Intensitätsmusters an der ersten Position überlappt, gleichbedeutend (d. h. austauschbar) mit der Angabe, dass eine Linie des Intensitätsmusters an der zweiten Position mit einer Bearbeitungsstelle überlappt, die von der entsprechenden Linie des Intensitätsmusters an der ersten Position erzeugt wurde.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Laservorrichtung einen gepulsten Laser auf zur Erzeugung einer Vielzahl von Laserpulsen, die einen ersten Laserpuls und einen zweiten Laserpuls umfassen, wobei das Intensitätsmuster an der ersten Position durch den ersten Laserpuls erzeugt ist und das Intensitätsmuster an der zweiten Position durch den zweiten Laserpuls erzeugt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Laservorrichtung einen Dauerstrich-Laser auf, welche er zu einem ersten Zeitpunkt das Intensitätsmuster an der ersten Position erzeugt und zu einem zweiten Zeitpunkt das Intensitätsmuster an der zweiten Position erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Position in der Längsrichtung versetzt zu der ersten Position angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform definiert die in der Längsrichtung versetzte Anordnung des Intensitätsmusters an der zweiten Position bezüglich des Intensitätsmusters an der ersten Position in der Längsrichtung einen Versatz in der Längsrichtung. Gemäß einer Ausführungsform definiert die in der Querrichtung versetzte Anordnung des Intensitätsmusters an der zweiten Position bezüglich des Intensitätsmusters an der ersten Position in der Längsrichtung einen Versatz in der Querrichtung.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei Verwendung eines gepulsten Lasers (d. h. einer Erzeugung des Intensitätsmusters an einzelnen, diskreten Positionen) der Versatz in Längsrichtung derart ist, dass für mindestens eine Linie des Intensitätsmusters (beispielsweise für die längste Linie des Intensitätsmusters) das Intensitätsmuster an der ersten Position mit dem Intensitätsmuster an N weiteren Positionen überlappt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Linie des Intensitätsmusters an der ersten Position mit der entsprechenden Linie des Intensitätsmusters an vier weiteren Positionen überlappt (so dass für mindestens eine Linie das Intensitätsmuster an fünf Positionen überlappt). Gemäß einer weiteren Ausführungsform überlappt mindestens eine Linie des Intensitätsmusters an mindestens zwei, mindestens fünf, mindestens zehn oder mindestens 100 Positionen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Laservorrichtung eingerichtet, um das Intensitätsmuster durch Interferenz und/oder durch Beugung zu erzeugen. Beispielsweise ist gemäß einer Ausführungsform die Laservorrichtung eingerichtet, um das Intensitätsmuster als Interferenzmuster zu erzeugen, beispielsweise wie dies bei einer Interferenzstrukturierung der Fall ist. Eine Interferenzstrukturierung und die Erzeugung eines geeigneten Interferenzmusters ist beispielsweise in der WO 2018/197555 A1 beschrieben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Laservorrichtung eingerichtet, um das Intensitätsmuster durch mindestens eine Beugungsanordnung zu erzeugen. Eine Beugungsanordnung kann beispielsweise ein diffraktives optisches Element (DOE) sein, ein optisches Element zur Erzeugung von Phasendifferenzen in mehreren Ebenen ausgebildet sein (Multi-Plane Light Conversion, MPLC), oder ein Hologramm sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Versatz in der Querrichtung Null (d.h. es gibt keinen Versatz in der Querrichtung). Gemäß einer Ausführungsform ist ein Verhältnis V des Versatzes in der Querrichtung zu dem Versatz in der Längsrichtung größer Null. Beispielsweise ist gemäß einer Ausführungsform das Verhältnis V größer als der Tangens von 0,02 Grad (V > tan (0,02°). Gemäß einer Ausführungsform nimmt das Verhältnis einen endlichen Wert größer Null an, d. h. mit anderen Worten ist gemäß einer Ausführungsform ausgehend von der ersten Position die zweite Position bezüglich der Längsrichtung schräg versetzt, beispielsweise um einen Winkel von 0,1 Grad oder größer.
Falls beispielsweise die erste Position P1 die Koordinaten X1, Y1 aufweist und die zweite Position P2 die Koordinaten X2, Y2, so errechnet sich das Verhältnis V als V = (Y2 - Y1)/(X2 - X1), wobei die X-Richtung so gewählt ist, dass Serie parallel zu der Längsrichtung verläuft. Der Winkel α bezüglich der Längsrichtung kann dann mit dem Arkus-Tangens (arctan) berechnet werden und beträgt α = arctan (V).
Gemäß einer Ausführungsform ist das Verhältnis V größer als tan (0,02 Grad) und kleiner als tan (30 Grad). Insbesondere ist das Verhältnis V größer als tan (0,1 Grad) und kleiner als tan (15 Grad). Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verhältnis V größer als tan (1 Grad) und kleiner als tan (8 Grad).
Gemäß einer Ausführungsform kann ausgehend von einem (klassischen) Bewegen des Intensitätsmusters über die Zieloberfläche in einer Bewegungsrichtung (die klassisch der Längsrichtung des Intensitätsmusters entspricht) der Winkel α realisiert werden durch

(i) Schrägverfahren des Intensitätsmusters durch Ändern der Bewegungsrichtung unter Beibehaltung der Orientierung des Intensitätsmusters, und/oder
(ii) Verdrehen des Intensitätsmusters unter Beibehaltung der Bewegungsrichtung.

Gemäß einer Ausführungsform unterscheidet sich das Intensitätsmuster (oder ein Teil davon) an der ersten Position von dem Intensitätsmuster (oder dem entsprechenden Teil davon) an der zweiten Position in seiner Größe um maximal 10 %.
Gemäß einer Ausführungsform wird mit dem oben beschriebenen Verfahren bzw. der oben beschriebenen Laservorrichtung eine Oberfläche (hierin auch als Zieloberfläche bezeichnet) eines Objekts erzeugt, welche eine Vielzahl von parallel verlaufenden Furchen aufweist. Gemäß einer Ausführungsform wird jede Furche durch eine Linie eines Intensitätsmusters erzeugt, wobei gemäß einer Ausführungsform das Intensitätsmuster in verschiedenen Positionen erzeugt wird, wobei eine Positionierungsrichtung (Richtung zwischen der ersten Position und der zweiten Position) einen Winkel größer Null Grad mit einer Längsrichtung der Linien des Intensitätsmusters einschließt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Furchen eine erste Vielzahl von Furchen und auf der Oberflächen wird ferner (mindestens) eine weitere Vielzahl (beispielsweise eine zweite Vielzahl) von Furchen erzeugt. Gemäß einer Ausführungsform weist die erste Vielzahl von Furchen und die zweite Vielzahl von Furchen in der Querrichtung einen Abstand auf, der um einen Faktor F größer ist als die größte Breite der Rippen innerhalb der (ersten und/oder zweiten) Vielzahl von Furchen, wobei der Faktor beispielsweise mindestens 1,5 beträgt, insbesondere mindestens 5 oder mindestens 10. Auf diese Weise kann selbst bei einer hohen Positionierungenauigkeit der Oberfläche und der Ausgangsstrahlung relativ zueinander (z.B. bei Positionierung mittels eines Roboterarms) ein Überlappen der ersten Vielzahl von Furchen und der zweiten Vielzahl von Furchen vermieden werden. Für den Strömungswiderstand ist der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Vielzahl von Furchen in der Querrichtung eher unbedeutend und kann weniger negativ sein als eine unkontrollierte Überlappung der ersten Vielzahl von Furchen mit der zweiten Vielzahl von Furchen.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine Laserbearbeitungsvorrichtung zwei oder mehr Laservorrichtungen auf, die jeweils gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände ausgebildet sind. Insbesondere sind gemäß einer Ausführungsform die zwei oder mehr (mindestens zwei) Laservorrichtungen eingerichtet, so dass die Furchen der mindestens zwei Laservorrichtungen mindestens teilweise überlappen. Beispielsweise können die mindestens zwei Laservorrichtungen eine erste Laservorrichtung und eine zweite Laservorrichtung umfassen, wobei mindestens ein Teil der von Furchen der ersten Laservorrichtung mit einem Teil der Furchen der zweiten Laservorrichtung überlappt. Hieraus resultieren Furchen, die jeweils von (mindestens) zwei Laservorrichtungen erzeugt wurden. Mit anderen Worten wird gemäß einer Ausführungsform eine (resultierende) Furche durch Linien von mindestens zwei Intensitätsmustern erzeugt, wobei jedes Intensitätsmuster von einer eigenen Laservorrichtung erzeugt wird. Dies kann eine weitere Optimierung der Querschnittsgeometrie der resultierenden Furchen ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform stammen die Laserstrahlen, die von den mindestens zwei Laservorrichtungen abgegeben werden, aus einer einzigen Laserquelle oder, gemäß einer weiteren Ausführungsform, aus zwei oder mehr Quellen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die mindestens zwei Laservorrichtungen in ihrer relativen Position zueinander fixiert. Beispielsweise können die mindestens zwei Laservorrichtungen an einem einzigen Roboterarm montiert sein.
Zusammenfassend umfasst die vorliegende Offenbarung insbesondere die folgenden Ausführungsformen und Kombinationen von Ausführungsformen:

1. Laserbearbeitungsvorrichtung aufweisend:
- eine Laservorrichtung, welche eingerichtet ist zum Erzeugen eines Intensitätsmusters auf einer Zieloberfläche, wobei das Intensitätsmuster eine Mehrzahl von Linien aufweist, die in einer Längsrichtung jeweils eine größte Ausdehnung aufweisen und die in einer Querrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei sich die Querrichtung senkrecht zu der Längsrichtung erstreckt;
- eine Aktoranordnung, mit welcher eine Position des Intensitätsmusters auf der Zieloberfläche veränderbar ist;
- eine Steuervorrichtung, welche eingerichtet ist, um die Laservorrichtung und die Aktoranordnung zu steuern und dadurch
- das Intensitätsmuster an einer ersten Position auf der Zieloberfläche zu erzeugen und
- das Intensitätsmuster an einer zweiten Position auf der Zieloberfläche zu erzeugen;
- wobei mindestens eine Linie des Intensitätsmusters an der zweiten Position mit der entsprechenden Linie des Intensitätsmusters an der ersten Position überlappt und die zweite Position versetzt zu der ersten Position angeordnet ist, insbesondere in der Querrichtung und/oder in der Längsrichtung.
2. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Ausführungsform 1, wobei die zweite Position in der Querrichtung versetzt zu der ersten Position angeordnet ist.
3. Laserbearbeitungsvorrichtung nach irgendeiner der Ausführungsformen 1 oder 2, wobei die Laservorrichtung einen gepulsten Laser aufweist zur Erzeugung einer Vielzahl von Laserpulsen, die einen ersten Laserpuls und einen zweiten Laserpuls umfassen, wobei das Intensitätsmuster an der ersten Position durch den ersten Laserpuls erzeugt ist und das Intensitätsmuster an der zweiten Position durch den zweiten Laserpuls erzeugt ist.
4. Laserbearbeitungsvorrichtung nach irgendeiner der Ausführungsformen 1 oder 2, wobei die Laservorrichtung einem Dauerstrich-Laser aufweist, welcher zu einem ersten Zeitpunkt das Intensitätsmuster an der ersten Position erzeugt und zu einem zweiten Zeitpunkt das Intensitätsmuster an der zweiten Position erzeugt.
5. Laserbearbeitungsvorrichtung nach irgendeiner der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Laservorrichtung eingerichtet ist, um das Intensitätsmuster durch Interferenz und/oder durch Beugung zu erzeugen.
6. Laserbearbeitungsvorrichtung nach irgendeiner der Ausführungsformen 2 bis 5 wobei ein Verhältnis eines Versatzes in der Querrichtung zu einem Versatz in der Längsrichtung größer Null ist.
7. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Ausführungsform 6, wobei das Verhältnis größer als tan (0,02 Grad) und kleiner als tan (30 Grad) ist, insbesondere größer als tan (0,1 Grad) und kleiner als tan (15 Grad), ferner insbesondere größer als tan (1 Grad) und kleiner als tan (8 Grad).
8. Verfahren zum Bearbeiten einer Zieloberfläche mit einer Laserstrahlung, das Verfahren aufweisend:
- Erzeugen eines Intensitätsmusters an einer ersten Position auf der Zieloberfläche; und
- Erzeugen des Intensitätsmusters an einer zweiten Position auf der Zieloberfläche;
- wobei das Intensitätsmuster eine Mehrzahl von Linien aufweist, die in einer Längsrichtung jeweils eine größte Ausdehnung aufweisen und die in einer Querrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei sich die Querrichtung senkrecht zu der Längsrichtung erstreckt; und
- wobei mindestens eine Linie des Intensitätsmusters an der zweiten Position mit der entsprechenden Linie des Intensitätsmusters an der ersten Position überlappt und die zweite Position versetzt zu der ersten Position angeordnet ist, insbesondere in der Querrichtung und/oder in der Längsrichtung.
9. Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei die zweite Position in der Querrichtung versetzt zu der ersten Position angeordnet ist.
10. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 8 oder 9, wobei die Laserstrahlung eine gepulste Laserstrahlung ist, die eine Vielzahl von Laserpulsen aufweist, die einen ersten Laserpuls und einen zweiten Laserpuls umfassen, wobei das Intensitätsmuster an der ersten Position durch den ersten Laserpuls erzeugt wird und das Intensitätsmuster an der zweiten Position durch den zweiten Laserpuls erzeugt wird.
11. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 8 oder 9, wobei die Laserstrahlung eine Dauerstrich-Laserstrahlung ist, welche zu einem ersten Zeitpunkt das Intensitätsmuster an der ersten Position erzeugt und zu einem zweiten Zeitpunkt das Intensitätsmuster an der zweiten Position erzeugt.
12. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 8 bis 11, wobei das Erzeugen des Intensitätsmusters ein Erzeugen des Interferenzmusters durch Interferenz umfasst.
13. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 8 bis 12, wobei das Verhältnis eines Versatzes in der Querrichtung zu einem Versatz in der Längsrichtung größer Null ist.
14. Verfahren nach Ausführungsform 13, wobei das Verhältnis größer als tan (0,02 Grad) und kleiner als tan (30 Grad) ist, insbesondere größer als tan (0,1 Grad) und kleiner als tan (15 Grad), ferner insbesondere größer als tan (1 Grad) und kleiner als tan (8 Grad).
15. Steuervorrichtung für eine Laserbearbeitungsvorrichtung, insbesondere eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 1 bis 7, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um das Verfahren gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 8 bis 14 durchzuführen.
16. Computerprogrammprodukt aufweisend ein Programmelement, wobei das Programmelement eingerichtet ist, um, wenn es auf einer Prozessorvorrichtung ausgeführt wird, ein Verfahren gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 8 bis 14 zu steuern.
17. Objekt mit einer laserbearbeiteten Zieloberfläche, wobei die Zieloberfläche mit dem Verfahren gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 8 bis 14 bearbeitet ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden exemplarische Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird angemerkt, dass in verschiedenen Figuren ähnliche oder identische Elemente oder Komponenten teilweise mit denselben Bezugszahlen versehen sind, oder mit Bezugszahlen, die sich nur in der ersten Ziffer und/oder einer angehängten Ziffer unterscheiden. Merkmale bzw. Komponenten, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten in einer anderen Figur gleich oder zumindest funktionsgleich sind, werden nur bei ihrem ersten Auftreten in dem nachfolgenden Text detailliert beschrieben und die Beschreibung wird bei nachfolgendem Auftreten dieser Merkmale und Komponenten (bzw. der entsprechenden Bezugszahlen) nicht wiederholt. Die vorstehenden Definitionen gelten gemäß einer Ausführungsform für die nachfolgenden Ausführungsformen, und umgekehrt. Ferner sind die vorstehend beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen mit den nachfolgend beschriebenen Merkmalen und Ausführungsformen kombinierbar.
1 zeigt schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 eine Laservorrichtung 102 auf, welche eingerichtet ist zum Erzeugen eines Intensitätsmusters 103 auf einer Zieloberfläche 104 eines Objektes 105. gemäß einer Ausführungsform wird das Intensitätsmuster 103 von einer Laserstrahlung 106 erzeugt welche von der Laservorrichtung 102 auf die Zieloberfläche 104 abgegeben wird. Gemäß einer Ausführungsform ist eine Laserquelle 108 vorgesehen, welche mit der Laservorrichtung 102 über einen Strahlungsweg 110 gekoppelt ist. Beispielsweise wird gemäß einer Ausführungsform die Laserstrahlung 106 von der Laserquelle 108 erzeugt und über den Strahlungsweg 110 an die Laservorrichtung 102 geliefert.
Ferner weist die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 eine Aktoranordnung 112 auf, mit welcher eine Position des Intensitätsmusters 103 auf der Zieloberfläche 104 veränderbar ist. Gemäß einer Ausführungsform weist die Aktoranordnung 112 einen ersten Aktor 114 auf, mit welchem eine Position der Laservorrichtung 102 bezüglich der Zieloberfläche 104 veränderbar ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Aktoranordnung 112 einen zweiten Aktor 116 auf, mit welchem eine Position der Zieloberfläche 104 bzw. eine Position des Objektes 105 bezüglich der Laservorrichtung 102 veränderbar ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der erste Aktor 114 und der zweite Aktor 116 eine Bewegung der Laservorrichtung 102 und der Zieloberfläche 104 relativ zueinander in verschiedenen Richtungen ermöglichen. Ferner kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der zweite Aktor 116 eingerichtet ist zum Einfördern und Ausfördern des Objektes 115 eine Bearbeitungsposition, in welcher die Zieloberfläche 104 des Objekts 105 gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände bearbeitet wird. Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass während der Bearbeitung der Zieloberfläche 104 eine Bewegung des Intensitätsmusters 103 und der Zieloberfläche 104 relativ zueinander (zumindest teilweise) durch den ersten Aktor 112, nicht jedoch durch den zweiten Aktor 116 erfolgt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Aktoranordnung 112 einen weiteren Aktor 118 aufweisen, welcher einen Teil der Laservorrichtung 102 bildet und welcher beispielsweise zum Schwenken der Laserstrahlung 106 bezüglich der Laservorrichtung 102 eingerichtet sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Aktor 114 oder der zweite Aktor 116 weggelassen werden. Beispielsweise ist gemäß einer Ausführungsform das Objekt 105 (beispielsweise ein Flugzeug oder ein Teil eines Flugzeugs) während der Laserbearbeitung ortsfest und die Laservorrichtung 102 ist bezüglich des Objektes 105 mittels der Aktoranordnung bewegbar. Beispielsweise kann die Aktoranordnung Aktoren eines Roboterarms umfassen, an welchem die Laservorrichtung 102 befestigt ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 eine Steuervorrichtung 120 auf welche zum Steuern von einer oder mehreren Komponenten der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 eingerichtet ist. Gemäß einer Ausführungsform weist die Steuervorrichtung 120 eine Prozessorvorrichtung 122 auf sowie eine Speichervorrichtung 124, auf welcher ein Computerprogrammprodukt gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände gespeichert ist. Gemäß einer Ausführungsform weist das Computerprogrammprodukt ein Programmelement auf, welches bei Ausführung durch die Prozessorvorrichtung 122 ein Verfahren gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände steuert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung 120 mit Komponenten der Laserbearbeitungsvorrichtung 100, beispielsweise mit der Aktoranordnung 112 und mit der Laserquelle 108, steuerungsmäßig gekoppelt (angegeben bei 126). Die steuerungsmäßige Kopplung 126 kann die unidirektional oder bidirektional sein. Insbesondere ist die steuerungsmäßige Kopplung 126 eingerichtet um Steuersignale von der Steuervorrichtung 120 an die betreffenden Komponenten 108, 112 abzugeben und hierdurch die betreffenden Komponenten 108, 112 zu steuern.
2 zeigt schematisch und exemplarisch ein Intensitätsmuster 103 gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände an verschiedenen Positionen.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Intensitätsmuster 103 eine Mehrzahl von Linien 128 auf die in einer Längsrichtung 130 eine größte Ausdehnung 132 aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform sind die Linien 128 in einer Querrichtung 134 nebeneinander angeordnet, wobei sich die Querrichtung 134 senkrecht zu der Längsrichtung 130 erstreckt. Gemäß einer Ausführungsform wird ein Linienabstand 135 von Linienmitte zu Linienmitte gemessen, beispielsweise, wie in 2 dargestellt. Gemäß einer Ausführungsform werden die Linien der Vielzahl von Linien durch Interferenz von zwei oder mehr Teilstrahlen eines Primärstrahles erzeugt. Gemäß weiteren einer Ausführungsform wird die Vielzahl von Linien durch Strahlformung erzeugt, beispielsweise mittels eines diffraktiven optischen Elementes.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 eingerichtet, um das Intensitätsmuster 103 an einer ersten Position 136 und an einer zweiten Position 138 auf der Zieloberfläche 104 zu erzeugen. Es versteht sich, dass üblicherweise die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 eingerichtet ist, um das Intensitätsmuster 103 an einer Vielzahl von Positionen zu erzeugen, beispielsweise auch an einer dritten Position 140.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Laserstrahlung 106 eine gepulste Laserstrahlung. In diesem Fall sind gemäß einer Ausführungsform die Positionen 136, 138, 140, an welchen das Intensitätsmuster auf der Zieloberfläche erzeugt wird, einzelnen Pulsen der Laserstrahlung 106 zugeordnet. Ferner sind bei einer gepulsten Laserstrahlung 106 typischerweise die Intensitätsmuster in den einzelnen Positionen 136, 138, 140 unterscheidbar (die Intensitätsmuster bilden diskrete einzelne Intensitätsmuster). Eine gepulste Laserstrahlung 106 kann auf jede geeignete Weise erzeugt werden beispielsweise durch eine gepulste Laserquelle oder doch eine kontinuierliche Laserquelle mit anschließender intermittierender Strahlunterbrechung.
Bei einer Dauerstrich-Laserstrahlung (d. h. einer kontinuierlichen Laserstrahlung, in 2 nicht dargestellt) ist das Intensitätsmuster 103 an den einzelnen Positionen nicht identifizierbar.
Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Position 138 in der Querrichtung 134 versetzt zu der ersten Position 136 angeordnet, beispielsweise wie in 2 dargestellt. Der Versatz in der Querrichtung 134 ist in 2 bei 142 dargestellt. Ferner ist gemäß einer Ausführungsform die zweite Position 138 in der Längsrichtung 130 versetzt zu der ersten Position 136 angeordnet. Der Versatz in der Längsrichtung 130 ist in 2 bei 144 angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform definiert der Versatz 142 in der Querrichtung 134 und der Versatz 144 in der Längsrichtung 130 (beispielsweise wie durch die gestrichelte Linie bei 146 in 2 angegeben) eine Positionierungsrichtung 148. Gemäß einer Ausführungsform bildet die Positionierungsrichtung 148 mit der Längsrichtung 130 einen Winkel 150 (hierin auch als Winkel α bezeichnet). Gemäß einer Ausführungsform liegt der Winkel 150 zwischen 0,5 Grad und 5 Grad, beispielsweise bei 2 Grad.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform überlappt mindestens eine Linie 128 des Intensitätsmusters an der ersten Position 136 mit der entsprechenden Linie 128 des Intensitätsmusters 103 an der zweiten Position 138, beispielsweise wie in 2 dargestellt.
Wie vorstehend bereits erläutert, wird gemäß einer Ausführungsform das Intensitätsmuster 103 insbesondere an der ersten Position 136 und an der zweiten Position 138 durch verschiedene Pulse der Laserstrahlung 106 erzeugt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass das Intensitätsmuster an der zweiten Position 138 zeitlich nach dem Intensitätsmuster an der ersten Position 136 erzeugt wird. In diesem Sinne ist 2 nicht dahingehend zu verstehen, dass das Intensitätsmuster 103 an den einzelnen Positionen 136, 138, 140 gleichzeitig erzeugt wird. Insbesondere bedeutet ein Überlappen nicht notwendigerweise ein gleichzeitiges Überlappen. In diesem Sinne können auch Linien des Intensitätsmusters überlappen, die mit zeitlichem Abstand erzeugt wurden.
Der Fachmann weiß, dass die Aussage, dass das Intensitätsmuster 103 an verschiedenen Positionen auf einer Zieloberfläche erzeugt wird, nicht eine Identität des Intensitätsmusters 103 in einem mathematischen Sinne verlangt. Vielmehr wird in der Realität das Intensitätsmuster 103 an den verschiedenen Positionen keine mathematisch exakte Reproduktion des Intensitätsmusters sein, sondern gewissen Veränderungen unterworfen sein, die beispielsweise von dem Auftreffwinkel der Laserstrahlung bezüglich der Zieloberfläche abhängen können. Ferner unterliegt typischerweise neben dem Auftreffwinkel auch die Positionierung der Fokusebene der Laserstrahlung bezüglich der Zieloberfläche gewissen Schwankungen, die ebenfalls zu einer Veränderung des Intensitätsmusters führen können. Auch unterliegen die aufeinanderfolgenden Pulse einer gepulsten Laserstrahlung gewissen Schwankungen.
Unabhängig von der zeitlichen Abfolge der Erzeugung des Intensitätsmusters 103 an der ersten Position 136 und der Erzeugung des Intensitätsmusters 103 an der zweiten Position 138 (und weiteren Positionen), bewirkt das Intensitätsmuster an jeder der Positionen 136, 138, 140 eine Bearbeitung der Zieloberfläche 104. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Bearbeitung der Zieloberfläche 104 einen Abtrag eines Materials, welches die Zieloberfläche 104 bildet. Auf diese Weise wird gemäß einer Ausführungsform durch die Vielzahl von Linien des Intensitätsmusters eine Vielzahl von Furchen in der Zieloberfläche 104 erzeugt. Das Intensitätsmuster 103 an einer bestimmten Position wird häufig auch als Spot oder Laserspot bezeichnet.
3 zeigt eine Vielzahl von Furchen 152 gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
Gemäß einer Ausführungsform ergibt sich in einem Überlappungsbereich 154, welcher durch mehrere überlappende Linien 128 erzeugt wurde, durch den Versatz 142 in der Querrichtung 134 eine Furchenbreite 156, die größer ist als eine Furchenbreite 158 in einem Randbereich der Furche 152, der von einer einzelnen Linie 128 erzeugt wurde (siehe auch 2). Auf diese Weise kann bei gegebener Furchenbreite 158, die durch eine einzelne Linie erzeugbar ist, in dem Überlappungsbereich 154 eine vergleichsweise breite Furche erzeugt werden. Dies kann insbesondere bei der Herstellung von Riblets (d. h. Rippen 160, die zwischen den Furchen 152 erhalten bleiben) strömungstechnisch vorteilhaft sein.
4 zeigt beispielhaft ein Foto einer (Ziel-) Oberfläche 104 eines Objekts mit zwei Bearbeitungsmustern 162, 164, die durch zwei einzelne Laserspots, wie sie für Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände verwendet werden können, erzeugt wurden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Laserspot bzw. eine Einhüllende des Intensitätsmusters rund oder annähernd rund sein, beispielsweise wie in 4 dargestellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Laserspot (oder eine Einhüllende des Intensitätsmusters) elliptisch oder rechteckig, wobei die Erstreckung des Laserspots in der Querrichtung größer als in der Längsrichtung ist. Dies kann eine Vielzahl von Linien mit näherungsweise gleichen Abmessungen und Intensitäten ermöglichen. Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsform das Verhältnis der Erstreckung des Laserspots in der Querrichtung zu der Erstreckung des Laserspots in der Längsrichtung zwischen 1:1 und 500:1 betragen. Beispielsweise beträgt das Verhältnis in einer Ausführungsform 10:1, d.h. die Erstreckung in der Querrichtung beträgt das 10-fache der Erstreckung in der Längsrichtung. Gemäß anderen Ausführungsformen ist dieses Verhältnis 50:1 oder 100:1. Die Abmessungen der Einhüllenden werden auch als die Abmessungen des Laserspots bezeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform erzeugt das Intensitätsmuster eines Laserspots eine Vielzahl von parallelen Furchen, von denen einige in 4 mit der Bezugszahlen 152 versehen sind. Die Vielzahl von Furchen 152, die durch einen einzigen Laserspot erzeugt wurden, ist bei 168 angegeben. Gemäß einer Ausführungsform sind die Furchen 152 durch einen Laserspot erzeugt, der ein Intensitätsmuster in Form eines Interferenzmusters aufweist. Es versteht sich, dass die Abstände zwischen den Furchen 152 durch entsprechende Einstellung der Interferenzbedingungen bzw. durch Verwendung entsprechender Beugungselemente veränderbar sind.
Der Übersichtlichkeit halber ist in 4 jeweils nur das Bearbeitungsmuster 162, 164 eines einzelnen Laserspots an einer (ersten) Position dargestellt. Es versteht sich, dass zur Ausführung eines Verfahrens gemäß der hierin offenbarten Gegenstände der Laserspot an mindestens einer weiteren Position (beispielsweise einer zweiten Position) erzeugt wird, so dass die Linien des Intensitätsmusters des Laserspots an der zweiten Position mit den Furchen überlappen, die von den entsprechenden Linien Laserspots an der ersten Position erzeugt wurden, beispielsweise, wie dies mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben wurde.
Sofern die Breite des Intensitätsmusters und damit die Breite 170 des Bearbeitungsmusters nicht der zu bearbeitenden Breite des Objekts in der Querrichtung 134 entspricht, ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, die Zieloberfläche 104 durch Wiederholung der Bearbeitung in einer zweiten oder weiteren Bahn durchzuführen. Mit anderen Worten wird neben der (ersten) Vielzahl 168 von Furchen (die durch das Intensitätsmuster erzeugt werden) eine zweite Vielzahl 172 von Furchen erzeugt, wobei die erste Vielzahl 168 von Furchen und die zweite Vielzahl 172 von Furchen parallel und mit einem Abstand 174 voneinander angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform wird durch den Abstand 174 vermieden, dass sich die erste Vielzahl 168 von Furchen und die zweite Vielzahl 172 von Furchen überlappen und somit möglicherweise zu ungünstigen Strömungsbedingungen bei der Anströmung der Oberfläche 104 führen können. Gemäß anderer Ausführungsform grenzt die erste Vielzahl 168 von Furchen an die zweite Vielzahl 172 von Furchen oder die erste Vielzahl 168 und die zweite Vielzahl 172 von Furchen überlappen. Mit anderen Worten können in der Querrichtung benachbarte Laserspots ohne Abstand 174 nebeneinander angeordnet werden oder in der Querrichtung benachbarte Laserspots können in der Querrichtung überlappen.
5 zeigt schematisch eine bearbeitete Oberfläche 104 gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
Die Darstellung in 5 zeigt die Position einer Vielzahl von Furchen 152 gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände, basierend auf einem Spotdurchmesser von 1000 µm bei einem Linienabstand von 200 µm und einer Positionierungsrichtung, die einen Winkel von 2 Grad mit einer Längsrichtung der Linien einschließt. Gemäß einer Ausführungsform bildet sich dadurch in einem Überlappungsbereich 154 einer Furche 152 vorteilhaft eine Furchenbreite aus, die größer ist als die Furchenbreite einer Furche, die durch eine einzelne Linie ohne Versatz in der Querrichtung 134 erzeugt wird.
Die 6 bis 8 zeigen Mikroskopaufnahmen von Furchen 152, die mit unterschiedlichen Winkeln zwischen der Positionierungsrichtung und der Längsrichtung der Linien erzeugt wurden. Bis auf den unterschiedlichen Winkel waren die Prozessparameter bei der Erzeugung der Furchen identisch.
In 6 ist zum Vergleich eine Furche 152 dargestellt, die ohne Versatz in der Querrichtung (d. h. mit einem Winkel von 0 Grad) erzeugt wurde. In 7 betrug der Winkel 1,25 Grad und in 8 betrug der Winkel 2,0 Grad (vgl. auch 2 bezüglich des Winkels, in 2 mit 150 bezeichnet).
Der weiße Pfeil in 6 bis 8 gibt jeweils die maximale Furchenbreite 156 der Furchen 152 (d.h. die Breite der Öffnung der Furchen 152, gemessen von Rippe 160 zu Rippe 160) an. Wie ersichtlich nimmt die maximale Furchenbreite 156 mit zunehmendem Winkel zu. Ferner wird die Rippe 160 zwischen den Furchen mit zunehmendem Winkel spitzer und die Flanken der Rippe 160 steiler, wodurch die Strömungsbedingungen weiter verbessert werden können. Es versteht sich, dass wenn der Winkel zu groß gewählt wird, ein verstärkter Abtrag der Rippen erfolgt, wodurch sich die Strömungsbedingungen wieder verschlechtern können. Abhängig vom gewählten bzw. zur Verfügung stehenden Linienabstand sowie der Abmessungen des Laserspots kann der optimale Winkel jedoch durch einfache Versuche oder durch Simulation ermittelt werden. Ein Spot, welcher in der Längsrichtung eine größere Abmessung (Erstreckung) aufweist, benötigt für einen ähnlichen Effekt einen kleineren Winkel.
Es sollte angemerkt werden, dass hierin offenbarte Elemente (wie beispielsweise eine Steuervorrichtung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung, eine Laservorrichtung, eine Aktoranordnung, etc. nicht auf die dezidierten Entitäten beschränkt sind, wie sie in einigen Ausführungsformen beschrieben sind. Vielmehr können die hierin offenbarten Gegenstände auf verschiedene Weisen implementiert werden, während sie immer noch die offenbarte spezifische Funktionalität liefern.
Es wird darauf hingewiesen, dass jede hierin offenbarte Entität (beispielsweise Vorrichtung, Element, Merkmal und Verfahrensschritt) nicht auf eine dezidierte Entität beschränkt ist, wie sie in einigen Ausführungsformen beschrieben ist.
Vielmehr können die hierin beschriebenen Gegenstände auf verschiedene Weisen mit verschiedener Granularität auf Vorrichtungs-Niveau, auf Verfahrens-Niveau, oder auf Software-Niveau bereitgestellt sein, während sie immer noch die angegebene Funktionalität liefern. Ferner sollte angemerkt werden, dass gemäß Ausführungsformen eine separate Entität für jede der hierin offenbarten Funktionen bereitgestellt sein kann. Gemäß anderer Ausführungsformen kann eine Entität konfiguriert sein, um zwei oder mehr Funktionen, wie sie hierin beschrieben sind, zu liefern. Gemäß nochmals anderen Ausführungsformen können zwei oder mehr Entitäten konfiguriert sein, um zusammen eine Funktion, wie sie hierin beschrieben ist, zu liefern.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Implementierungen in den Zeichnungen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der hierin offenbarten Gegenstände darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offenbart anzusehen sind. Ferner sollte erwähnt werden, dass Begriffe wie „ein“ oder „eines“ eine Mehrzahl nicht ausschließen. Begriffe wie „enthaltend“ oder „aufweisend“ schließen weitere Merkmale oder Verfahrensschritte nicht aus. Die Begriffe „aufweisend“ oder „enthaltend“ umfassen jeweils die beiden Bedeutungen „unter anderem aufweisend“ und „bestehend aus“.
Ferner sollte angemerkt werden, dass, während die exemplarischen Laserbearbeitungsvorrichtungen, Verfahren, Objekte und Computerprogrammprodukte, wie sie mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurden, eine bestimmte Kombination von mehreren Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände zeigen, jede andere Kombination von Ausführungsformen ebenso möglich und mit dieser Anmeldung als offenbart anzusehen ist.
Ferner wird hervorgehoben, dass, während einige exemplarische Ausführungsformen und Beispiele auf die Erzeugung von Riblets gerichtet sind, die hierin offenbarten Konzepte, Aspekte, Ausführungsformen und Beispiele auch auf andere Anwendungen anwendbar sind.
Eine vorteilhafte Kombination von Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände lässt sich wie folgt zusammenfassen:
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung weist eine Laservorrichtung auf, welche eingerichtet ist zum Erzeugen eines Intensitätsmusters auf einer Zieloberfläche, wobei das Intensitätsmuster eine Mehrzahl von Linien aufweist. Die Linien weisen in einer Längsrichtung jeweils eine größte Ausdehnung auf und sind in einer Querrichtung, die sich senkrecht zu der Längsrichtung erstreckt, nebeneinander angeordnet sind. Ferner ist eine Aktoranordnung vorgesehen zur Veränderung einer Position des Intensitätsmusters auf der Zieloberfläche. Eine Steuervorrichtung ist eingerichtet, um die Laservorrichtung und die Aktoranordnung zu steuern und dadurch das Intensitätsmuster an einer ersten Position auf der Zieloberfläche zu erzeugen und ferner das Intensitätsmuster an einer zweiten Position auf der Zieloberfläche zu erzeugen, so dass mindestens eine Linie des Intensitätsmusters an der zweiten Position mit der entsprechenden Linie des Intensitätsmusters an der ersten Position überlappt und die zweite Position in der Querrichtung versetzt zu der ersten Position angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2018/197555 A1 [0002, 0040]

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung (100) aufweisend: eine Laservorrichtung (102), welche eingerichtet ist zum Erzeugen eines Intensitätsmusters (103) auf einer Zieloberfläche (104), wobei das Intensitätsmuster (103) eine Mehrzahl von Linien (128) aufweist, die in einer Längsrichtung (130) jeweils eine größte Ausdehnung (132) aufweisen und die in einer Querrichtung (134) nebeneinander angeordnet sind, wobei sich die Querrichtung (134) senkrecht zu der Längsrichtung (130) erstreckt; eine Aktoranordnung (112), mit welcher eine Position des Intensitätsmusters (103) auf der Zieloberfläche veränderbar ist; eine Steuervorrichtung (120), welche eingerichtet ist, um die Laservorrichtung (102) und die Aktoranordnung (112) zu steuern und dadurch das Intensitätsmuster (103) an einer ersten Position (136) auf der Zieloberfläche (104) zu erzeugen und das Intensitätsmuster (103) an einer zweiten Position (138) auf der Zieloberfläche (104) zu erzeugen; wobei mindestens eine Linie (128) des Intensitätsmusters (103) an der zweiten Position (138) mit der entsprechenden Linie (128) des Intensitätsmusters (103) an der ersten Position (136) überlappt und die zweite Position (138) versetzt zu der ersten Position (136) angeordnet ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Position (138) in der Längsrichtung (130) und/oder in der Querrichtung versetzt zu der ersten Position (136) angeordnet ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Laservorrichtung (102) einen gepulsten Laser aufweist zur Erzeugung einer Vielzahl von Laserpulsen, die einen ersten Laserpuls und einen zweiten Laserpuls umfassen, wobei das Intensitätsmuster (103) an der ersten Position (136) durch den ersten Laserpuls erzeugt ist und das Intensitätsmuster (103) an der zweiten Position (138) durch den zweiten Laserpuls erzeugt ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Laservorrichtung (102) einem Dauerstrich-Laser aufweist, welcher zu einem ersten Zeitpunkt das Intensitätsmuster (103) an der ersten Position (136) erzeugt und zu einem zweiten Zeitpunkt das Intensitätsmuster (103) an der zweiten Position (138) erzeugt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Laservorrichtung (102) eingerichtet ist, um das Intensitätsmuster (103) durch Interferenz und/oder durch Beugung zu erzeugen.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5 wobei ein Verhältnis eines Versatzes (142) in der Querrichtung (134) zu einem Versatz (132) in der Längsrichtung (130) größer Null ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Verhältnis größer als tan (0,02 Grad) und kleiner als tan (30 Grad) ist, insbesondere größer als tan (0,1 Grad) und kleiner als tan (15 Grad), ferner insbesondere größer als tan (1 Grad) und kleiner als tan (8 Grad).