DE3039634A1

DE3039634A1 - Carbon di:oxide waveguide laser - provides high straightness and surface quality finish for 0.5 to 3mm capillary models

Info

Publication number: DE3039634A1
Application number: DE19803039634
Authority: DE
Inventors: Friedbert Dipl.-Phys. 8011 Zorneding Mohr; Gunther Dipl.-Phys. Dr. 8012 Ottobrunn Sepp
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1980-10-21
Filing date: 1980-10-21
Publication date: 1982-04-29
Also published as: DE3039634C2

Abstract

The production method is for a carbondioxide waveguide laser body which has a capillary diameter of between 0.5 and 3mm and has a high quality surface finish and extreme straightness. The method also permits vacuum tight joints between metal and ceramic parts of the chamber walls. A former (11) with end plate covers (15) or mirrors is used to represent the final laser tube and is coated with ceramic during a die cast or injection moulding type process. When assembled the former parts can be mechanically or chemically removed.

Description

Verfahren zur Herstellung von WellenleiterlaserkörpernProcess for the manufacture of waveguide laser bodies

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur HerstellunE von Wellenleiterlaserkörpern, insbesond3re C02-Wellenleiterlaserkörpern.The invention relates to a method for the production of waveguide laser bodies, especially C02 waveguide laser bodies.

Bisher bekannte Verfahren zur Herstellung solcher Laserkörper werden vorwiegend auf ein sogenanntes Vollmaterialstück bezogen, aus dem dann durch Bohren, Schleifen und Schrubben das Laserrohr gefertigt wird. Abgesehen von dem hohen Material- und Maschinenaufwand ist die Ausschußquote der fertiggestellten Körper sehr hoch, weil infolge des oft extrem harten Keramikmaterials und des extrem hohen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnisses der Lasserkapilaren die entsprechende Bohrung der Laserkapillarröhre nicht gonugend geradlinig und achszentrisch und/oder nicht von genügender Oberflächen güte ist.Previously known methods for producing such laser bodies are mainly related to a so-called solid piece of material, from which then by drilling, Grinding and scrubbing the laser tube is made. Apart from the high material and machine effort, the reject rate of the finished body is very high, because of the often extremely hard ceramic material and the extremely high length-to-diameter ratio of the laser capillaries does not conform to the corresponding hole in the laser capillary tube is straight and axially centered and / or does not have a sufficient surface quality.

Weiterhin ist die Herstellung der praktisch immer erforderlichen Metall-Anschlüsse an die Keramik-Laserröhre sehr auf wendig. Sie erfordert z. B. das Bedampfen der Keramikröhre mit metallischen Zwischenschichten in Vakuumanlagen oder da: Einbrennen von metallisierenden Pastem in Bronnöfen mit nachfolgender galvanischer Verstärk:ng dor aufgebrachten Schichten. Nach diesen Vorarbeiten erfolgt dann der eigent- liche Vorgang des Verbindens von Keramikröhre und Metall anschlüssen z. B. durch Löten. Auch diese Vorgänge erhöhen die Ausschußquote1 weil die Verbindungen nicht immer genügend vakuumdicht werden.Furthermore, the production of the metal connections is practically always required on the ceramic laser tube is very complex. It requires z. B. the steaming of the Ceramic tube with metallic intermediate layers in vacuum systems or there: baking of metallizing pastes in Bronn ovens with subsequent galvanic reinforcement: ng dor applied layers. After this preliminary work, the actual liche Process of connecting ceramic tube and metal connections z. B. by soldering. These processes also increase the reject rate1 because the connections are not always become sufficiently vacuum-tight.

Schließlich ist auch die konstruktive Freiheit bei der Ausbildung von sich nach außen hin verjüngenden Hohlräumen im Keramik-Rohr beschränkt. So müssen z. B. die für die Aufnahme der Elektroden vorgesehenen Hohlräume das anschließende Einbringen der Elektroden zulassen; die verbleibende Öffnung mit metallischer Stromzuleitung muß anschließend wieder vakuumdicht verschlossen werden.Finally, there is also constructive freedom in training limited by outwardly tapering cavities in the ceramic tube. So must z. B. the cavities provided for receiving the electrodes the subsequent Allow the electrodes to be inserted; the remaining opening with a metallic power supply line must then be closed again in a vacuum-tight manner.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung von C02-Wellenleiterlaserkörpern vorzuschlagen, mit dem Kapillardurchmesser von vorzugsweise ca. 0,5 bis 3 mm Durchmesser mit hochgenauer Geradheit und Oberflächengüte erzielt werden können, und das die Herstellung vakuumdichter Verbindungen zwischen Laserkörper und Metallanschlüssen und die Anordnung von Metallteilen in sich nach außen hin verjüngenden Hohlräumen des Laserkörpers im bleichen Arbeitsgang erlaubt.The present invention is based on the object of a method to propose for the manufacture of C02 waveguide laser bodies with the capillary diameter of preferably approx. 0.5 to 3 mm in diameter with highly precise straightness and surface quality can be achieved, and the production of vacuum-tight connections between Laser body and metal connections and the arrangement of metal parts in itself outside tapering cavities of the laser body allowed in the bleaching operation.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen in überraschend guter Weise gelöst. In der Beschreibung wird das vorgeschlagene Verfahren abgehandelt und erläutert. Die Zeichnungen zeigen das Verfahren in Aufbau und Anordnung. Hierbei zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der zu fertigenden Laserröhre; Fig. la einen Querschnitt gemäß Fig. 1; Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Formmodell entsprechend dem Laserrohr gemäß Fig. 1; Fig. 2a einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 2 und zusätzlich angeordnetem Abdeckblech.This task is accomplished by the measures laid down in the claims solved in a surprisingly good way. In the description it is suggested Process dealt with and explained. The drawings show the process in construction and arrangement. 1 shows a longitudinal section through an exemplary embodiment the laser tube to be manufactured; FIG. 1 a shows a cross section according to FIG. 1; Fig. 2 a Longitudinal section through the shape model corresponding to the laser tube according to FIG. 1; Fig. 2a shows a section along the line A-A according to FIG. 2 and additionally arranged Cover plate.

Die Fig. 1 und ia zeigen den zu formenden Laserkörper bzw.Figs. 1 and ia show the laser body to be shaped or

die Laserröhre 10, die im gezeigten Ausführungsbeispiel drei sternförmig um eine Kapillarbohrung 12 angeordnete Hilfshohlräume 13 aufweist. Diese Hilfshohlräume 13 können sowohl als Gasreservekammern als auch zum Kühlmitteldurchfluß -dienen, je nachdem, ob sie mit der Laserkapillaren 12 oder mit dem Außenraum durch die radialen Bohrungen oder Hohlräume 13a verbunden sind.the laser tube 10, the three star-shaped in the embodiment shown has auxiliary cavities 13 arranged around a capillary bore 12. These auxiliary cavities 13 can serve as gas reserve chambers as well as for coolant flow, depending on whether they are with the laser capillaries 12 or with the outer space through the radial Bores or cavities 13a are connected.

Dieses Formgebilde wird nun dadurch hergestellt, daß ein entsprechendes Forsmodell (Fig. 2 und 2a) hergestellt wird, auf welches dann im Flammspritzverfahren das Röhrenmaterial - vorzugsweise Keramik - aus wechselnden Richtungen aufgetragen wird. Hierzu kann es sich als vorteilhaft und rationell erweisen, wenn im Verlauf des Flammspritzvorganges hinter das Formmodell, d.h. in Spritzrichtung gestellt, ein vorgeformtes Abdeckblech 16 angeordnet ist.This shaped structure is now produced in that a corresponding Forsmodell (Fig. 2 and 2a) is produced, on which then in the flame spraying process the tube material - preferably ceramic - applied from alternating directions will. To this end, it can prove to be advantageous and rational if in the course of the flame spraying process behind the mold model, i.e. placed in the direction of spraying, a preformed cover plate 16 is arranged.

Dadurch wird in diesem Bereich die Außenkontur der Laserröhre definiert, was z. B. zur einfachen Herstellung von Paß- oder Montageflächen 13b verwendet werden kann. Bei Bedarf kann der Flammspritzvorgang zur Anordnung zusätzlicher Formteile und Abdeckbleche unterbrochen und anschließend mit veränderter Spritzzrichtung fortgeführt werden, um ungewollte Abschattungen der Spritzzone durch davorliegende Teile des Formmodells zu umgehen. Hat das aufgetragene Material die erwünschte Stärke erreicht, so wird der Flammspritzvorgang abgebrochen und das Formmodell ii mechanisch oder chemisch aus dem gefertigten Bauteil entfernt. Zur Erleichterung dieses Vorganges kann das Formmodell z. B. aus Graphit oder weicher Keramik bzw. aus metallischen Hohlrohren und Blechen gefertigt sein. Es versteht sich, daß die genaue Dicke des Keramikrauftrags nur an den Stellen exakt kontrolliert wi-»d, an denen sich das Abdeckblech oder ein entsprechendes Formteil befindet Alle übrigen Stellen werden einen mehr oder verriger glatten, jedoch nicht sehr maßhaltigen Oberflächenverlauf aufweisen. Dies ist jedoch nicht nachteilig, falls man, wie oben erwähnt, Formteile für Paß- oder Montageflächen vorsieht.This defines the outer contour of the laser tube in this area, what z. B. can be used for the simple production of mating or mounting surfaces 13b can. If necessary, the flame spraying process can be used to arrange additional molded parts and cover plates interrupted and then continued with a different injection direction to avoid unwanted shadowing of the spray zone by parts of the To bypass the shape model. If the applied material has reached the desired thickness, so the flame spraying process is aborted and the shape model ii mechanically or chemically removed from the manufactured component. To facilitate this process the shape model can e.g. B. graphite or soft ceramic or metallic Hollow pipes and sheets to be made. It will be understood that the exact thickness of the Ceramic application is only checked exactly at the points where it is Cover plate or a corresponding molded part is located. All other locations are a more or more smooth, but not very dimensionally stable surface course exhibit. However, this is not a disadvantage if you know how above mentioned, provides molded parts for mating or mounting surfaces.

Vorzugsweise wird das Fornimodell 11 mit Endplatten 15 versehen, an denen es zum Spritzvorgang aufgehängt werden kann. Diese Endplatten können nun auch so ausgeführt sein, daß sie zur Bildung der Spiegelträgerplatten des Laserrohres 10 führen, d.h., daß diese Endplatten ebenfalls aus einem Material bestehen, das mechanisch oder chemisch problemlos entfernt werden kann.The shape model 11 is preferably provided with end plates 15 which it can be hung up for the spraying process. These end plates can now also be designed so that they are used to form the mirror support plates of the laser tube 10, i.e. these end plates are also made of a material which can be removed mechanically or chemically without any problems.

Ein großer Vorteil des Verfahrens ist, daß Hohlräume praktisch jeder gewünschten Art ausgeformt werden können, wobei die entsprechenden Formteile 11a und 11b mit dem Formmodell 11 und/oder den Abdeckblechen 16 oder den Endplatten 15 oder anderen Metall teilen wie Elektroden und Gas- und Kühlinittelanschlüssen verbunden sind. Diese Metallteile sind vorzugsweise aus einem anderen Metall als das Formmodell, derart, daß sie z. B. bei chemischer Entfernung des Formmodells erhalten bleiben. Jedoch können diese Teile auch aus demselben Metall wie das Formnrodell gefertigt sein, falls die Wandstärken genügend unterschiedlich gewählt werden. In diesem Fall wird der chemische Prozess abgebrochen, wenn die zu entfernenden Bestandteile von Forimodell und Formteilen vollständig herausgelöst, die anderen Metallteile jedoch erst teilweise herausgelöst sind. Auch Teile des Formmodells, der Formteile und des oder der Abdeckbleche können so beschaffen sein, daß. sie in der fertigen Laserröhre erhalten bleiben. Dies kann insbesondere auch für die Endplatten 15 vorteilhaft sein, die damit als zuvor fertig bearbeitete Metall-Endplatten 15a in der Laserröhre integriert sind. Auch andere Strukturen wie die erwähnten Paß- und Montageflächen 13b für die Befestigung und Justierung der Laserröhre können auf diese Weise metallisch ausgeführt werden.A great advantage of the procedure is that voids are practically everyone desired type can be formed, the corresponding molded parts 11a and 11b with the mold model 11 and / or the cover plates 16 or the end plates 15 or other metal parts such as electrodes and gas and coolant connections are connected. These metal parts are preferably made of a different metal than the shape model, such that it can e.g. B. with chemical removal of the shape model remain. However, these parts can also be made from the same metal as the mold model be manufactured if the wall thicknesses are chosen to be sufficiently different. In In this case, the chemical process is terminated when the constituents to be removed The other metal parts are completely detached from the forimodel and molded parts however, have only been partially removed. Also parts of the mold model, the molded parts and the one or more cover plates can be designed so that. them in the finished Laser tube are preserved. This can in particular also be advantageous for the end plates 15 be the so as previously finished metal end plates 15a in the laser tube are integrated. Also other structures like the mentioned fitting and mounting surfaces 13b for the attachment and adjustment of the laser tube can be metallic in this way are executed.

Auf diese Weise werden Laserkörper 10 geschaffen, die eine in Geradheit und Oberflächengüte optimale Kapillare 12 besitzen und in die sämtliche benötigten metallischen Anschlüsse vakuumdicht integriert sind. Außer der anschließenden mechanischen oder chemischen Entfernung des Formmodells und von Formteilen sind keine weiteren Be arbei tungsvorgänge mehr erforderlich.In this way, laser bodies 10 are created which have straightness and surface quality have optimal capillary 12 and in all required metallic connections are integrated in a vacuum-tight manner. Except for the subsequent mechanical or chemical removal of the mold model and moldings are no further More processing operations are required.

Claims

Method for the production of waveguide laser bodies PATENT CLAIMS Process for the production of waveguide laser bodies, thereby g e k e n n z e i c h n e t that of the laser capillary (12) and the other cavities (13) of the To be manufactured laser tube (10) a mold model (11) is produced and then in the Flame spraying ceramic material (14) applied in the desired thickness and then the mold model (11) is removed mechanically or chemically.

2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the mold model (al) is provided with end plates (15) which are attached to the to be manufactured Guide the laser tube (10) to form the mirror or cover plate carrier.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized g e -k e n n z e i c h n e t that the mold model (11) also has molded parts (11a) that are connected to do ZU manufacturing laser tube (io) to form radial cavities (13a) for gas, Lead coolant and electrode connections.

4. The method according to claims 1 to 3, thereby g e -k e n nz e i c h n e t that the shape model (11) too Has molded parts (llb), those on the laser tube (10) to be manufactured to form other structures (13b) for attaching the laser tube (io).

5. The method according to claims 1 to 4, characterized g e -k e n n z e i c h n e t that in the respective spray direction of the flame spraying process the Shape model (11) and the intended outer contour of the laser tube (10) corresponding Cover plates (16) are arranged behind the mold model (ii).

6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that g e -k e n n z e i n e t that some of the mold parts (11a) and (lib) do not match the mold model (11), but with the cover plates (16) or end plates (15) are connected.

7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that individual components of the mold model (ii), the molded parts (11a) and (body) and the cover plates (16) only arranged in the course of the flame spraying process will.

8. The method according to claims 1 to 7, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that certain, predominantly metallic components of the form model (11), the molded parts (iia) and (11b) and the end plates (15) after the flame spraying has been completed cannot be removed from the manufactured laser tube.