DE68904650T2

DE68904650T2 - Verfahren zum schneiden eines werkstoffes mit einer laservorrichtung.

Info

Publication number: DE68904650T2
Application number: DE8989124066T
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Aono; Akio Kishi; Katsumi Shiono; Yasuzi Yoshizumi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1993-06-03
Anticipated expiration: 2009-12-29
Also published as: DE68904650D1; PT92929A; US5043556A; JPH06102277B2; EP0403697A1; PT92929B; JPH0323094A; EP0403697B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden eines Materials mit einem Laserstrahl entsprechend dem ersten Teil des Anspruchs 1 (JP-A- 61 286 087)
Bei dem aus der JP-A-61 286 087 bekannten Verfahren wird die Rückseite des zu schneidenden metallischen Werkstücks mit einem Knetmaterial (eine Mischung von Graphit und pulverförmigem Ton, die mit Methanol verknetet ist) beschichtet. Der Zweck dieser Maßnahme ist es, das Anhaften von geschmolzenem Material an der Rückseite des Werkstücks zu vermeiden. Nach dem Schneiden wird das verknetete Material und dadurch das geschmolzene Metall von der Rückseite des Werkstücks durch Reinigen mit Wasser entfernt.
Bei einem anderen bekannten Verfahren (EP-A-0 060 980), bei dem ein Metallblech mit einem Laserstrahl geschnitten wird, wird Wasser aus einer Düse auf die Schneidestelle zum Kühlen derselben gespritzt.
Figur 7 zeigt weiterhin schematisch ein konventionelles Verfahren zum Schneiden eines Materials mit Hilfe einer Lasermaschine. In Fig. 7 wurde das Schneiden des Materials durch das Regeln der Wärme an einem zu verarbeitenden Teilbereich bewirkt, indem die Position des Brennpunkts eines Laserstrahls, die Abgabe des Laserstrahls und die Schneidegeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem zu verarbeitenden Material entsprechend eingestellt wurden. In Fig. 7 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Verarbeitungskopf, Ziffer 2 bezeichnet eine fokussierende Linse, Ziffer 3 bezeichnet einen Laserstrahl, Ziffer 4 bezeichnet den Brennpunkt und Ziffer 5 bezeichnet ein zu schneidendes Material.
Wenn das Material geschnitten werden soll, bewegt sich der Brennpunkt des Laserstrahls auf dem Material längs eines vorbestimmten Wegs aufgrund einer relativen Bewegung des Verarbeitungskopfs bezüglich des zu schneidenden Materials 5, wodurch das Material in einer vorbestimmten Form geschnitten wird.
Das obengenannte Laserstrahlverfahren ist ein Verfahren zum Schneiden durch Einsatz von Wärme. Wenn ein isolierendes Material, das aus Papier oder dergleichen besteht, geschnitten werden soll, können dementsprechend die Phänomene, daß eine Schnittfläche durch Verbrennen dunkel wird und ein Material an der Schnittfläche verharzt oder chemisch verändert wird, eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften, des Aussehens usw. bewirken. Das chemisch veränderte Material ist sehr empfindlich hinsichtlich der Eingangswärme am Brennpunkt des Laserstrahls und entsteht lokal aufgrund einer Veränderung der Schneidegeschwindigkeit in einen gekrümmten Bereich und einer Änderung der Position des Brennpunkts, die durch eine Deformation des Schnittmaterials bedingt wird. Dies verringert die Qualität der herzustellenden Produkte.
Neben dem obengenannten Verfahren unter Einsatz von Wärme, welche das Problem einer chemischen Veränderung bedingt, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, ein Material nur durch einen Wasserstrahl zu schneiden. Wenn jedoch ein Material mit einer großen Dicke geschnitten werden soll, ist eine extrem große Antriebskraft nötig, die unausweichlich ein groß dimensioniertes Gerät verlangt und Stege oder ein Ausfasern an der Kante eines geschnittenen Teils des zu schneidenden Materials hervorruft.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Schneiden einer Preßplatte mit einer Lasermaschine zu schaffen. das in der Lage ist, einen chemisch veränderten Teil, der in einem lokalen Bereich der Preßplatte auftritt, die von der Lasermaschine geschnitten wird, zu entfernen und die Qualität der Produkte zu verbessern.
Die vorangehenden und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch ein Verfahren nach Anspruch 1 erreicht.
Während die Schnittfläche mit einem wassergetränkten Material, wie einem Schwamm, abgewischt werden kann, ist es effektiver, einen Wasserstrahl bei dem zweiten Schritt zu verwenden.
In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 ein Diagramm, das eine Ausführungsform des zweiten Schritts des Verfahrens zum Schneiden eines Materials gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Schnittbereichs ohne Reinigung im Rahmen von Reinigungsversuchen;
Fig. 3 eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Schnittbereichs, der im Rahmen von Reinigungsversuchen mit Alkohol gereinigt wurde;
Fig. 4 eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Schnittbereichs, der im Rahmen von Reinigungsversuchen mit Wasser gereinigt wurde;
Fig. 5 ein Diagramm, das einen zweiten Schritt einer anderen Ausführungsforn der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm, das eine Anwendung der Vorrichtung wie in Fig. 5 gezeigt darstellt; und
Fig. 7 ein Diagramm, das ein konventionelles Verfahren zum Schneiden eines Materials mit einer Lasermaschine zeigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt insbesondere einen zweiten Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, wobei die Bezugsziffer 6 ein Schwammstück in gerollter Form, Bezugsziffer 7 eine Preßplatte aus Papier, die mit einer Lasermaschine geschnitten wird, Bezugsziffer 8a eine Schnittfläche der Preßplatte, die nicht durch den mit Wasser getränkten Schwamm abgewischt worden ist, Bezugsziffer 8b einen Schnittbereich der Preßplatte, der durch den Schwamm abgewischt worden ist, und Bezugsziffer 9 einen Pfeil bezeichnet, der die Richtung des Abwischens durch den mit Wasser getränkten Schwamm anzeigt.
Der zweite Schritt ist ein sehr einfacher Schritt, bei dem die Endoberfläche, die von einer Lasermaschine geschnitten wurde, durch den Schwamm 6 oder ein Tuch abgewischt wird, die mit Wasser getränkt sind. Der zweite Schritt wird durchgeführt, indem Wasser als Lösungsmittel für eine an der Schnittfläche anhaftende Substanz verwendet wird.
Es war allgemein bekannt, daß ein organisches Lösungsmittel wie Alkohol, Aceton oder dergleichen als Lösungsmittel dieser Art verwendet wurde. Die Erfinder dieser Anmeldung führten Wisch- und Reinigungsversuche an Endoberflächen von Proben durch, die von einer Lasermaschine geschnitten wurden, wobei die Bedingungen hinsichtlich der Laserleistung, der Schneidegeschwindigkeit usw. verändert wurden. Als Ergebnis fand man, daß Wasser effektiv eher als organische Lösungsmittel verwendet werden kann, um die Endoberfläche einer durch eine Lasermaschine geschnittenen Preßplatte abzuwischen und zu reinigen.
Fig. 2 bis 4 zeigen Elektronenmikroskopaufnahmen, die das Ergebnis von Wisch- und Reinigungsversuchen zeigen. Jede der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Proben wurde unter denselben Bedingungen geschnitten, wobei die in Fig. 2 gezeigte Probe nicht dem Wisch- und Reinigungsvorgang unterzogen wurde und die in Fig. 3 gezeigte Probe einem Wisch- und Reinigungsvorgang mit Alkohol unterzogen wurde. In Fig. 3 wurde ein gewisser Teil des anhaftenden Materials von der Schnittfläche entfernt, ein großer Teil des anhaftenden Materials blieb jedoch in dem Schnittbereich zurück. Fig. 4 zeigt den Zustand eines Schnittbereichs, der mit Wasser abgewischt und gereinigt wurde, und zeigt, daß die Fasern der Preßplatte vollständig freigelegt wurden. Beim Vergleich der Elektronenmikroskopaufnahmen erkennt man, daß Wasser sehr effektiv ist.
Dementsprechend ist der zweite Reinigungsschritt, bei dem Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, ein wesentlicher Bestandteil dieser Erfindung. Dementsprechend ist ohne weitere Ausführungen klar, daß der gleiche Effekt erreicht werden kann, indem ein Material, das mit Wasser befeuchtet werden kann, wie ein Tuch, Papier oder dergleichen an Stelle des mit Wasser getränkten Schwamms verwendet wird, um Wasser zu einer Schnittendfläche zuzuführen. Weiterhin ist es möglich, zu verhindern, daß sich Staub von dem mit Wasser getränkten Material auf der Schnittfläche absetzt, in dem ein nicht staubendes Material, wie ein Schwamm, ein Tuch oder Papier verwendet wird, das in einem Reinraum einsetzbar ist. Weiterhin ist es klar, daß derselbe Effekt bei dem zweiten Schritt erreicht werden kann, wenn eine nasse Bürste verwendet wird.
Vorzugsweise muß das Wasser, das zum Reinigen der Endoberfläche eines geschnittenen Materials verwendet wird, rein sein und besonders bevorzugt sollten Fremdsubstanzen durch einen Filter vor dem Verwenden entfernt werden.
Eine andere Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Fig. 5 zeigt einen Reinigungsschritt, wobei das Bezugszeichen 10 eine Düse für eine Wasserstrahlvorrichtung bezeichnet, Ziffer 11 von der Düse abgespritztes Wasser bezeichnet und die Ziffern 51 und 52 abgeschnittene Teile bezeichnen, die durch den Laserstrahl im ersten Schritt abgetrennt wurden, wobei das abgeschnittene Teil 51 als Endprodukt verwendet wird. Bezugsziffer 12 bezeichnet einen Zwischenraum, der durch das Schneiden des Materials durch den Laserstrahl erzeugt wird.
Das Material, das der Endoberfläche des abgeschnittenen Teils anhaftet, wird durch das Wasser, das von der Wasserstrahlvorrichtung abgespritzt wird, aufgelöst und abgeschält, und das Material kann leicht von der Endoberfläche entfernt werden. Dementsprechend wird die Endoberfläche gereinigt.
Es reicht aus, daß nur die Oberfläche des abgeschnittenen Teils, das durch den Laserstrahl abgeschnitten wurde, durch den Wasserstrahl gereinigt wird, und es ist unnötig, eine derart große Strahlkraft wie die anzuwenden, die zum Schneiden mit dem Wasserstrahl allein nötig ist. Das abgeschnittene Teil 52 kann als Abfallmaterial vor dem zweiten Schritt entfernt werden.
Im zweiten Schritt können der Schneidevorgang und der Vorgang des Entfernens gleichzeitig durchgeführt werden, indem ein Verarbeitungsgerät verwendet wird, das so gesteuert ist, daß der Laserstrahl und der Wasserstrahl wie in Fig. 6 gezeigt dieselbe Bahn durchlaufen, so daß die Verarbeitungszeit verringert wird und die Genauigkeit der Wasserstrahlposition bei dem zweiten Schritt verbessert wird.
Dementsprechend kann entsprechend der vorliegenden Erfindung, die einen Schneideschritt und einen Schritt des Entfernens des anhaftenden Materials umfaßt, die Schnittfläche gereinigt werden, und Erzeugnisse mit stabilen elektrischen Eigenschaften und gutem Aussehen können erzeugt werden.
Insbesondere wird Wasser als Lösungsmittel bei dem zweiten Schritt verwendet. Daher ist das Verfahren sicher, wirtschaftlich und leicht einzusetzen und hat viele Vorteile.
Weiterhin kann der zweite Schritt kontinuierlich nach dem ersten Schritt unter Verwendung des Wasserstrahls durchgeführt werden. Weiterhin kann die Dauer des Vorgangs verkürzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Schneiden eines Werkstoffes mittels eines Laserstrahls (3), der aus einer Lasermaschine (1) emmitiert wird, wobei Wasser zum Reinigen benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zu schneidende Werkstoff eine Preßplatte (7, 5) ist und daß in einem Schritt nach dem Schneiden die Schnittoberfläche (8a) der Preßplatte (7, 5) mittels des Wassers als Lösungsmittel gereinigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittfläche der Preßplatte durch Bestrahlen mit Wasser aus einer Wasserdüse (11) gereinigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstrahl (11) längs der Bahn, welche vom Laserstrahl (3) geschnitten ist, gleichzeitig mit diesem stromaufwärts von dem Laserstrahl (3) bezüglich der Vorschubbewegung aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittfläche (8a) der Preßplatte (7) durch Bewegen eines mit Wasser imprägnierten Werkstoffes (6) längs der Schnittfläche (8a) gereinigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Wasser imprägnierte Werkstoff ein Textilstoff, Schwamm oder Papier ist.