FI120082B - Menetelmä materiaalin työstämiseksi suuritehotiheyksisellä sähkömagneettisella säteilyllä - Google Patents

Menetelmä materiaalin työstämiseksi suuritehotiheyksisellä sähkömagneettisella säteilyllä Download PDF

Info

Publication number
FI120082B
FI120082B FI20045084A FI20045084A FI120082B FI 120082 B FI120082 B FI 120082B FI 20045084 A FI20045084 A FI 20045084A FI 20045084 A FI20045084 A FI 20045084A FI 120082 B FI120082 B FI 120082B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
radiation
electromagnetic radiation
high power
wavelength
power frequency
Prior art date
Application number
FI20045084A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20045084A (fi
FI20045084A0 (fi
Inventor
Antti Salminen
Jari Hovikorpi
Original Assignee
Antti Salminen
Jari Hovikorpi
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 Antti Salminen, Jari Hovikorpi filed Critical Antti Salminen
Priority to FI20045084A priority Critical patent/FI120082B/fi
Publication of FI20045084A0 publication Critical patent/FI20045084A0/fi
Priority to EP05717340A priority patent/EP1732728A1/en
Priority to US10/592,596 priority patent/US20080047933A1/en
Priority to PCT/FI2005/050087 priority patent/WO2005087429A1/en
Priority to CNA2005800083234A priority patent/CN1946508A/zh
Publication of FI20045084A publication Critical patent/FI20045084A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI120082B publication Critical patent/FI120082B/fi

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
    • C03B33/091—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C03B33/04—Cutting or splitting in curves, especially for making spectacle lenses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

Menetelmä materiaalin työstämiseksi suuritehotiheyksisellä sähkömagneettisella säteilyllä
Keksinnön kohteena on menetelmä materiaalin työstämiseksi suuritehotiheyksisellä 5 sähkömagneettisella säteilyllä.
Keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäisiä jo testattuja käyttökohteita ovat erilaiset lasinleikkaussovellukset työstölaserilla. Laseria on käytetty mm. lasin leikkaamiseen jo aikaisemmin, mutta tunnetut menetelmät perustuvat lasin pinta-10 absorptioon, eli energia absorboituu pintakerrokseen, kuumentaa sen ja aikaansaa lasin sulamista ja höyrystymistä. Materiaali murtuu tällöin lasiin synnytetyn läm-pöshokin ansiosta. Ongelmina ovat lisäksi materiaalin hallitsematon murtuminen ja paksuuden hallinnan vaikeudet. Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan parannettu työstömenetelmä, jonka etuina aiempiin menetelmiin verrattuna ovat kappaleen 15 vähäinen lämpeneminen, murtopinnan sileys (esim. lasilla) ja haitallisten seosaineiden höyrystymisen puuttuminen.
Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnöllä oheisessa patenttivaatimuksessa 1 määriteltyjen tunnusmerkkien perusteella.
20
Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia suoritusmuotoja.
Seuraavassa keksintöä havainnollistetaan suoritusesimerkin avulla viittaamalla ohei-25 siin piirustuksiin, joissa
Kuva 1 esittää työstävän säteen kohdistamista materiaaliin ja pieni kaaviokuva näyttää energian absorboitumisen materiaaliin.
30 Kuva 2 esittää kuvan 1 tilannetta sillä lisäyksellä, että säteilyenergia synnyttää materiaaliin murtuman.
Kuva 3 esittää leikattavan kappaleen päältä nähtynä haluttua työstörataa, jota pitkin sädettä liikutetaan, ja 35 2
Kuva 4 esittää kappaleen pintaan työstetyn ohjausuran käyttöä materiaaliin "työstettävän" murtuman ohjaamiseen.
Työstössä käytetään sähkömagneettista säteilyä, josta tyypillinen esimerkki on la-5 servalo. Säteilyllä on vakio aallonpituus, joka valitaan työstettävän materiaalin mukaan siten, että säteily tunkeutuu materiaalin sisään ilman olennaista pinta-absorptiota. Kun materiaalikohtaisesti valittu säde lisäksi fokusoidaan materiaalin sisään, saadaan aikaan jännitystila, joka murtaa materiaalin hallitusti. Fokusointi aikaansaadaan aallonpituuskohtaisesti tarkoituksenmukaisella menetelmällä. Esim.
10 lasersäde voidaan fokusoida optiikalla (linssi tai peili). Joissakin tapauksissa fokusointia voidaan suorittaa myös magneettikeloilla. Olennaista on, että säteilyn fo-kusointipiste sijaitsee materiaalin sisällä ja/tai tunkeutumispinnan läheisyydessä, jotta materiaalin sisään saadaan riittävän suuri säteilyn tehotiheys. Suuri tehotiheys aikaansaadaan siis fokusoimalla sädettä esim. tarkoituksenmukaisella optiikalla.
15 Työstöön käytettävä aallonpituus on valittava materiaalikohtaisesti niin, että olennaista pinta-absorptiota ei tapahdu, vaan materiaalin absorptiokerroin valitulla aallonpituudella aiheuttaa säteen absorboitumisen materiaaliin koko ainepaksuudelle. Osa säteestä voi heijastua materiaalin pinnasta tai sen sisältä ympäristöön ja osa säteestä voi läpäistä materiaalin.
20
Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siis suuritehotiheyksisen sähkömagneettisen säteilyn käyttöön materiaalin työstössä. Menetelmän uutuus perustuu siihen, että työstettävä materiaali läpäisee työstöön käytettävää sähkömagneettisen säteilyn aallonpituutta, mutta samalla säteilyn suuri tehotiheys ns. polttopisteessä ai-25 kaansaa materiaalin leikkautumisen kahteen osaan (vrt. kuvat 1 ja 2). Osa energiasta absorboituu koko ainepaksuudelle tasaisesti.
Kuvion 3 mukaisesti käytettyä säteilyä kuljetetaan pitkin ajateltua työstörataa ja materiaali hajoaa kahteen osaan säteen edetessä ohjatusti pitkin ohjelmoitua, halut-30 tua työstörataa.
Menetelmää voidaan käyttää esim. lasin leikkaamiseen näkyvän valon tavoin käyttäytyvän laservalon avulla. Sähkömagneettinen säteily fokusoidaan pieneksi pisteeksi tarkoituksenmukaisella välineistöllä, joka laservaloa käytettäessä on tyypillisesti 3 linssi tai peili, jolloin energian tiheys nousee niin suureksi, että materiaalin sisään synty murtuma.
Kuvassa 4 on esitetty materiaalin pintaan työstetty ohjausura, joka vastaa leikatta-5 vaa muotoa ja ohjaa säteilyn fokusointipisteen siirtämistä eli leikkausta leikattavan muodon mukaisesti.

Claims (4)

1. Menetelmä materiaalin työstämiseksi suuritehotiheyksisellä sähkömagneettisella säteilyllä, jonka säteilyn aallonpituus valitaan materiaalikohtaisesti siten, että säteily 5 tunkeutuu materiaalin sisään ilman olennaista pinta-absorptiota ja että säteily fokusoidaan pisteeseen, joka sijaitsee materiaalin sisällä ja/tai tunkeutumispinnan läheisyydessä ja tätä pistettä siirretään pitkin haluttua työstörataa, tunnettu siitä, että säteily fokusoidaan pieneksi pisteeksi, jossa energian tiheys nousee niin suureksi, että materiaalin sisään syntyy murtuma, ja että materiaali leikataan kahteen osaan 10 käyttämällä mainitun säteilyn yhtä etenevää sädettä, jonka fokusointi ja aallonpituus ovat siten valitut, että säde absorboituu materiaaliin koko ainepaksuudelle.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sähkömagneettisena säteilynä käytetään laservaloa ja fokusointi suoritetaan optiikalla. 15
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään lasin leikkaamiseen.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mate-20 riaalin pintaan työstetään leikattavaa muotoa vastaava ohjausura, joka ohjaa säteilyn fokusointipisteen siirtämistä.
FI20045084A 2004-03-18 2004-03-18 Menetelmä materiaalin työstämiseksi suuritehotiheyksisellä sähkömagneettisella säteilyllä FI120082B (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20045084A FI120082B (fi) 2004-03-18 2004-03-18 Menetelmä materiaalin työstämiseksi suuritehotiheyksisellä sähkömagneettisella säteilyllä
EP05717340A EP1732728A1 (en) 2004-03-18 2005-03-16 Method for machining a material with high-power density electromagnetic radiation
US10/592,596 US20080047933A1 (en) 2004-03-18 2005-03-16 Method For Machining A Material With High-Power Density Electromagnetic Radiation
PCT/FI2005/050087 WO2005087429A1 (en) 2004-03-18 2005-03-16 Method for machining a material with high-power density electromagnetic radiation
CNA2005800083234A CN1946508A (zh) 2004-03-18 2005-03-16 用大功率密度电磁辐射来加工材料的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20045084A FI120082B (fi) 2004-03-18 2004-03-18 Menetelmä materiaalin työstämiseksi suuritehotiheyksisellä sähkömagneettisella säteilyllä
FI20045084 2004-03-18

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20045084A0 FI20045084A0 (fi) 2004-03-18
FI20045084A FI20045084A (fi) 2005-09-19
FI120082B true FI120082B (fi) 2009-06-30

Family

ID=32039512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20045084A FI120082B (fi) 2004-03-18 2004-03-18 Menetelmä materiaalin työstämiseksi suuritehotiheyksisellä sähkömagneettisella säteilyllä

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20080047933A1 (fi)
EP (1) EP1732728A1 (fi)
CN (1) CN1946508A (fi)
FI (1) FI120082B (fi)
WO (1) WO2005087429A1 (fi)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9346130B2 (en) * 2008-12-17 2016-05-24 Electro Scientific Industries, Inc. Method for laser processing glass with a chamfered edge
US20100252959A1 (en) * 2009-03-27 2010-10-07 Electro Scientific Industries, Inc. Method for improved brittle materials processing
US8706288B2 (en) * 2009-05-21 2014-04-22 Electro Scientific Industries, Inc. Apparatus and method for non-contact sensing of transparent articles
US9828278B2 (en) 2012-02-28 2017-11-28 Electro Scientific Industries, Inc. Method and apparatus for separation of strengthened glass and articles produced thereby
US9828277B2 (en) 2012-02-28 2017-11-28 Electro Scientific Industries, Inc. Methods for separation of strengthened glass
US10357850B2 (en) 2012-09-24 2019-07-23 Electro Scientific Industries, Inc. Method and apparatus for machining a workpiece
CN104114506B (zh) 2012-02-29 2017-05-24 伊雷克托科学工业股份有限公司 加工强化玻璃的方法和装置及藉此制造的物品
CN102583991A (zh) * 2012-03-12 2012-07-18 深圳光韵达光电科技股份有限公司 一种激光切割玻璃的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6259058B1 (en) * 1998-12-01 2001-07-10 Accudyne Display And Semiconductor Systems, Inc. Apparatus for separating non-metallic substrates
US6417485B1 (en) * 2000-05-30 2002-07-09 Igor Troitski Method and laser system controlling breakdown process development and space structure of laser radiation for production of high quality laser-induced damage images
JP4659300B2 (ja) * 2000-09-13 2011-03-30 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法及び半導体チップの製造方法
JP2005268752A (ja) * 2004-02-19 2005-09-29 Canon Inc レーザ割断方法、被割断部材および半導体素子チップ

Also Published As

Publication number Publication date
FI20045084A (fi) 2005-09-19
WO2005087429A1 (en) 2005-09-22
EP1732728A1 (en) 2006-12-20
US20080047933A1 (en) 2008-02-28
FI20045084A0 (fi) 2004-03-18
CN1946508A (zh) 2007-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3026330C (en) Laser processing apparatus and method
CN107850726B (zh) 激光加工装置和方法以及因此的光学部件
JP6887502B2 (ja) レーザ加工装置および方法
JP2021514841A (ja) レーザ処理装置及び方法
JP2008538324A (ja) 感熱性を有する誘電材料をレーザビームで精密に研磨／構造化する方法
US20080047933A1 (en) Method For Machining A Material With High-Power Density Electromagnetic Radiation
EP2246146A1 (en) Laser machining method and laser machining apparatus
Hidai et al. Deep drilling of silica glass by continuous-wave laser backside irradiation
CN113714634B (zh) 一种激光加工系统和方法
EP3307473B1 (en) Laser drilling method and system with laser beam energy modification to reduce back-wall strikes during laser drilling
DE60019608D1 (de) Verwendung eines lasers zum schmelzspleissen optischer komponenten mit unterschiedlischen querschnitten
GB2253282A (en) Method and apparatus for controllably laser processing a surface
Mohid et al. Melted zone shapes transformation in titanium alloy welded using pulse wave laser
Tan et al. Characterization of Kovar-to-Kovar laser welded joints and its mechanical strength
RU2150135C1 (ru) Способ изготовления одномодового светопроводящего канала в прозрачном диэлектрике путем модификации структуры диэлектрика
JP2023112742A (ja) レーザ溶接装置及びこれを用いたレーザ溶接方法
SU1611946A1 (ru) Способ лазерной обработки внутренних поверхностей отверстий
Tarasova et al. Micro-and Nanostructuring of Materials Surface in the Mode of Multiple Filamentation
KR101445829B1 (ko) 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법
Dickmann et al. The possibilities of small scale work with the Nd: YAG laser
JP2002080982A (ja) 金属表面耐食化装置

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 120082

Country of ref document: FI