KR102553387B1 - Method for laser drilling or laser cutting a workpiece and system for laser drilling or laser cutting - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 방법을 제안하고, 이 경우 제 1 방법 단계에서 공작물, 유입 장치, 및 레이저 광을 방출하는 레이저원이 제공되고, 제 2 방법 단계에서,
- 레이저 광에 의해 공작물에 보어가 형성되고,
- 유입 장치를 이용해서 입자를 포함하는 액체가 보어 내에 배치되고,
레이저 광과 액체 내의 입자는, 레이저 광이 보어의 내부면 또는 에지 영역의 성형을 위해 상기 액체 내의 입자에 의해 산란되고 및/또는 흡수되도록, 선택된다.
The present invention proposes a method for laser drilling or laser cutting of a workpiece, wherein in a first method step a workpiece, an inlet device and a laser source emitting laser light are provided, and in a second method step,
- A bore is formed in the workpiece by laser light,
- a liquid containing particles is placed in the bore using an inlet device;
The laser light and the particles in the liquid are selected such that the laser light is scattered and/or absorbed by the particles in the liquid for shaping the inner surface of the bore or the edge region.

Figure 112016048500424-pat00001
Figure 112016048500424-pat00001

Description

공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 방법 및 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 시스템{METHOD FOR LASER DRILLING OR LASER CUTTING A WORKPIECE AND SYSTEM FOR LASER DRILLING OR LASER CUTTING} A method for laser drilling or laser cutting of a workpiece and a system for laser drilling or laser cutting

본 발명은 공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅 및 레이저 드릴링과 레이저 커팅을 위한 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to laser drilling or laser cutting of workpieces and systems for laser drilling and laser cutting.

레이저 광을 이용해서 공작물에 보어 또는 커팅부를 형성하는 방법은 충분히 공개되어 있다. 일반적으로 보어의 에지는 디버링(deburring) 또는 라운딩 되어야 하고, 이 경우 라운딩될 또는 디버링될 에지는 흔히 접근하기 힘든 위치에 놓여, 기계적 가공을 중단시킨다. 이러한 보어의 예는 분사 시스템 내의 분사홀 또는 스로틀 보어이다. 이 경우 일반적으로 보어가 구현된 후에야 에지가 라운딩된다. Methods for forming bores or cuts in workpieces using laser light are well known. Generally, the edges of the bores have to be deburred or rounded, in which case the edges to be rounded or deburred are often in inaccessible positions, interrupting the machining. An example of such a bore is an injection hole or throttle bore in an injection system. In this case, the edge is usually rounded only after the bore is implemented.

일반적으로 에지 영역은 하이드로 침식성 그라인딩(HE-grinding)에 의해 라운딩된다. 이 경우 연마유는 소량의 연마 매체와 혼합되고, 펌프에 의해 대략 100 bar의 압력으로 라운딩할 보어를 통해 압축된다. 이 경우 연마 매체는, 연마 매체의 침전 및 막힘(clogging)을 방지하기 위해 항상 이동 상태로 유지되어야 한다. 또한, 연마 매체는 연마유가 이송되는 회로의 부분들을 연삭하므로, 회로의 부분들의 규칙적인 교체가 필요하다. 또한 소정의 압력을 달성하기 위해 연마유의 순환을 위한 고성능 펌프, 및 연마유가 공작물을 통한 소정의 경로를 따르는 것을 보장하는 상응하는 밀봉부가 필요하다. 다른 단점은, 비대칭 유입 시 유동 내 불균일한 속도 분포에 의해 불균일한 제거가 이루어지고, 이로 인해 또한 적은 또는 너무 심한 제거가 이루어지는 것이다. Edge areas are usually rounded by hydro erosive grinding (HE-grinding). In this case the abrasive oil is mixed with a small amount of abrasive medium and compressed by means of a pump through the bore to be rounded at a pressure of approximately 100 bar. In this case, the abrasive medium must always be kept in a moving state to prevent sedimentation and clogging of the abrasive medium. In addition, since the abrasive medium grinds the parts of the circuit through which the polishing oil is conveyed, regular replacement of the parts of the circuit is necessary. What is also needed is a high-performance pump for circulation of the abrasive oil to achieve the desired pressure, and a corresponding seal to ensure that the abrasive oil follows a predetermined path through the workpiece. Another disadvantage is that in the case of asymmetric inflow, non-uniform removal is achieved by the non-uniform velocity distribution in the flow, which also results in less or too heavy removal.

또한 예를 들어 간행물 DE 10 2013 212 665호의 선행기술은 보어의 후면에 나노 입자를 포함하는 액체가 배치되고, 상기 액체에 의해 광의 전파 방향으로 볼 때 보어의 후방에 배치된 대상물의 잘못된 가공이 방지되는 방법을 개시한다.Further, in the prior art, for example in publication DE 10 2013 212 665, a liquid containing nanoparticles is disposed on the rear side of the bore, and the liquid prevents erroneous processing of objects disposed on the rear side of the bore when viewed in the direction of propagation of light. Initiate how to become

본 발명의 과제는 선행기술에 개시된 방법에 비해, 특히 보어의 에지 영역의 라운딩의 효율 및 품질과 관련해서 개선된 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 방법을 제공하는 것이다.The object of the present invention is to provide a method for laser drilling or laser cutting that is improved compared to the methods disclosed in the prior art, in particular with respect to the efficiency and quality of rounding of the edge region of a bore.

상기 과제는 제 1 방법 단계에서 공작물, 유입 장치 및 레이저 광을 방출하는 레이저원이 제공되는, 공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 방법에 의해 해결된다. 본 발명에 따라 제 2 방법 단계에서 레이저 광에 의해 공작물에 보어가 형성되고, 유입 장치를 이용해서 입자를 포함하는 액체가 보어 내에 배치됨으로써, 바람직하게 에지 영역에서 라운딩 또는 디버링 또는 보어의 내부면의 성형이 의도대로 제어된다. 레이저 광과 액체 내의 입자는 이 경우, 레이저 광이 보어의 에지 영역 또는 내부면의 성형을 위해, 즉 예를 들어 라운딩 또는 디버링을 위해 액체 내의 입자에 의해 산란 및/또는 흡수되도록 선택되고, 이로써 특히 보어의 에지 영역 또는 내부면의 제거를 야기하는, 입자에서 시작되는 열 발생이 제공된다.The object is solved by a method for laser drilling or laser cutting of a workpiece, wherein in a first method step a workpiece, an inlet device and a laser source emitting laser light are provided. According to the invention, in a second method step, a bore is formed in the workpiece by means of laser light, and a liquid containing particles is placed in the bore by means of an inlet device, thereby preferably rounding or deburring in the edge region or in the inner surface of the bore. Shaping is controlled as intended. The laser light and the particles in the liquid are in this case selected such that the laser light is scattered and/or absorbed by the particles in the liquid for the shaping of the edge region or inner surface of the bore, i.e. for rounding or deburring, for example, thereby in particular Grain-initiated heat generation is provided, resulting in removal of the inner surface or edge region of the bore.

선행기술과는 달리, 본 발명에 따른 방법은, 보어의 제조를 위해 사용되는 레이저 광에 의해 성형이 이루어지는 장점을 제공한다. 따라서 선행기술에서 일반적으로 사용되는 연마제의 사용과 마찬가지로 에지 영역의 추후 가공이 생략될 수 있다. 특히 보어 내에 액체의 배치는 시간 및 비용 효율과 관련한 상기 개선 외에 에지 영역 또는 내부면의 목표한 제어된 성형을 가능하게 하고, 이는 또한 레이저 드릴링의 품질에 긍정적으로 작용한다. 또한 연마제와 혼합되는 연마유의 사용 시처럼 액체의 비대칭 유입이 대칭에 부정적으로 작용하지 않는다. Unlike the prior art, the method according to the invention offers the advantage that the shaping is effected by the laser light used for the production of the bore. Thus, the subsequent machining of the edge region can be omitted, similar to the use of abrasives commonly used in the prior art. The placement of the liquid, in particular in the bore, allows targeted and controlled shaping of the edge region or inner surface besides the above improvement in terms of time and cost efficiency, which also has a positive effect on the quality of the laser drilling. Also, the asymmetric influx of liquid does not adversely affect the symmetry, as is the case with the use of abrasive oil mixed with the abrasive.

특히 예를 들어 코어 보어 형태의 예비 보어를 가진 공작물이 제공되고, 본 발명에 따른 레이저 드릴링에 의해 예비 보어가 소정의 직경으로 확장된다. 또한, 특히 바람직하게, 레이저 광의 흡수를 위해 예를 들어 플라즈몬 또는 표면 플라즈몬 형상의, 특히 전자의 집단 여기가 사용된다. 또한 본 발명에 따라, 예를 들어 보어를 따른 횡단면을 변경하기 위해, 보어의 내부면을 변형하는데 상기 방법이 사용되는 것도 가능하다. In particular, a workpiece is provided with a preliminary bore, for example in the form of a core bore, and the preliminary bore is enlarged to a predetermined diameter by laser drilling according to the invention. Furthermore, with particular preference, collective excitation of electrons, for example in the form of plasmons or surface plasmons, is used for absorption of the laser light. It is also possible according to the invention that the method is used to modify the inner surface of a bore, for example to change the cross section along the bore.

본 발명의 바람직한 실시예와 개선예들은 종속 청구항들과 도면을 참고로 한 상세한 설명에 제시된다. Preferred embodiments and refinements of the invention are presented in the detailed description with reference to the dependent claims and drawings.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 보어의 부분 섹션은 입자를 포함하는 액체로 충전되고, 이 경우 보어 내로 액체의 침투 깊이는 제 2 방법 단계 동안 적어도 일시적으로 일정하게 유지된다. 또한 침투 깊이는 특히 보어의 충전되는 부분 섹션의 길이에 의해 정해진다. 바람직하게 보어 내로 액체의 침투 깊이는 제어 또는 조절된다. 제 2 방법 단계 동안 침투 깊이가 변경되는 것도 가능하다. 침투 깊이의 조절을 위해 예를 들어, 공작물을 둘러싸는 가스에 의해 야기되는 역압이 사용되거나, 또는 제공된 부분 섹션으로 액체의 존재를 제한하여 침투 깊이를 정하기 위해 레이저 플라즈마가 이용된다. 이로 인해 내부면의, 특히 에지 영역의 성형이 바람직하게 제어될 수 있다. According to another preferred embodiment of the invention, the partial section of the bore is filled with a liquid containing particles, in which case the depth of penetration of the liquid into the bore remains at least temporarily constant during the second method step. The penetration depth is also determined in particular by the length of the filled partial section of the bore. Preferably the depth of penetration of the liquid into the bore is controlled or regulated. It is also possible that the penetration depth is varied during the second method step. For adjustment of the depth of penetration, a counter pressure caused by, for example, the gas surrounding the workpiece is used, or a laser plasma is used to limit the presence of a liquid to a given partial section to determine the depth of penetration. In this way, the shaping of the inner surface, in particular of the edge region, can be advantageously controlled.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 제 2 방법 단계에서 According to another embodiment of the present invention, in the second method step

- 입자를 포함하는 액체가 보어의 단부에 유입되고, - liquid containing particles enters the end of the bore,

- 레이저 광은 보어의 제 2 단부에 도입된다. 이 경우 제 1 단부와 제 2 단부는 특히 서로 대향 배치된다. 이러한 구조적 배치에 의해 복잡하지 않은 방식으로, 제 1 단부에 유입되는 액체와 제 2 단부에 입사하는 레이저 광이 보어 내에서 서로 충돌한다. - Laser light is introduced into the second end of the bore. In this case, the first end and the second end are in particular arranged opposite each other. By virtue of this structural arrangement, in an uncomplicated manner, the liquid entering the first end and the laser light entering the second end collide with each other within the bore.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 제 2 방법 단계에서 According to another preferred embodiment of the present invention, in the second method step

- 펄스식 레이저 광, 특히 피코초 또는 나노초 펄스를 갖는 레이저 광, 및/또는 - pulsed laser light, in particular laser light with picosecond or nanosecond pulses, and/or

- 나노 입자, 특히 금속 나노 입자를 포함하는 액체가 사용된다. 바람직하게 나노 입자는 타원 형태, 로드 형태, 정팔면체 또는 십면체 형태 또는 직방체 형태를 갖는다. 타원 형태란 이 경우 모든 구 형태들, 즉 볼형, 계란형, 타원형을 의미한다. 집단 여기의 형성에 필요한 여기 에너지는 이 경우 특히 관련 나노 입자의 공간적 연장에 따라 결정된다. 특히 공간적 연장들이 2개의 상이한 공간 방향에 대해 명백하게 상이한 경우에, 동일한 나노 입자 내 여기 에너지가 명백하게 상이한 경우 상이한 집단 여기를 야기하는 것이 가능하다. 이는 특히 예를 들어 2개의 상이한 레이저 파장으로 가공되는 경우에 상기 2개의 레이저 파장이 나노 입자들에 의해 동시에 흡수되는 장점을 제공한다.- Liquids containing nanoparticles, in particular metal nanoparticles, are used. Preferably, the nanoparticles have an elliptical shape, a rod shape, an octahedral or decahedral shape, or a rectangular parallelepiped shape. By elliptical shape we mean in this case all spherical shapes, i.e. ball, egg and ellipse. The excitation energy required for the formation of the collective excitation is in this case determined in particular by the spatial extension of the nanoparticle concerned. It is possible to give rise to different collective excitations if the excitation energies in the same nanoparticle are apparently different, especially if the spatial extensions are distinctly different for two different spatial directions. This provides the advantage that the two laser wavelengths are simultaneously absorbed by the nanoparticles, especially if they are processed with two different laser wavelengths, for example.

대개 2개의 상이한 공간 방향으로 공간적 연장의 비는 집단 여기의 여기 에너지에 대해 결정적이다. 로드 형태의 나노 입자의 경우, 특히 로드의 길이방향을 따른 길이방향 연장과 상기 길이방향 연장에 수직인 방향, 소위 가로방향 연장의 비가 제시되어야 한다. 예를 들어 금으로 이루어진 이러한 로드 형태의 나노 입자가 사용되면, 길이방향 대 가로방향의 공간적 연장의 비 4는 표면 플라즈마의 여기 에너지를 야기하고, 상기 에너지에 의해 적외선 레이저 광이 흡수될 수 있다. 따라서 예를 들어, 길이방향으로 10 nm 및 이에 대해 수직인 가로방향으로 2.5 nm의 연장을 갖는 로드형의 나노 입자가 사용될 수 있다. Usually the ratio of spatial extension in two different spatial directions is decisive for the excitation energy of the collective excitation. In the case of rod-shaped nanoparticles, in particular, the ratio of the longitudinal extension along the longitudinal direction of the rod to the direction perpendicular to the longitudinal extension, the so-called transverse extension, should be given. For example, when such rod-shaped nanoparticles made of gold are used, the ratio of spatial extension in the longitudinal direction to the transverse direction of 4 causes excitation energy of the surface plasma, and infrared laser light can be absorbed by the energy. Thus, for example, rod-shaped nanoparticles having an extension of 10 nm in the longitudinal direction and 2.5 nm in the transverse direction perpendicular thereto can be used.

물론, 가능한 한 광대역 흡수를 위해 상이하게 형성된 나노 입자를 혼합하는 것도 가능하다. 기본적으로 동일한 형태와 상이한 공간적 연장을 갖는 나노 입자들이 이 방식으로 혼합될 수도 있고, 이로 인해 상이한 에너지와 파장의 광이 흡수될 수 있다. Of course, it is also possible to mix differently formed nanoparticles for broadband absorption as much as possible. Nanoparticles with essentially the same shape and different spatial extensions can also be mixed in this way, whereby light of different energies and wavelengths can be absorbed.

나노 입자들은 오늘날 상이한 형태와 크기로 제조될 수 있다. 전술한 바와 같이, 특히 나노 입자의 연장 및/또는 소위 종횡비, 즉 나노 입자의 길이 대 폭의 비는 집단 여기의 여기 에너지 및 가장 잘 흡수된 전자기 방사선의 파장에 결정적으로 중요하다. 동시에 상기 파장은 사용된 재료에 의존한다. 실험 결과, 흡수된 전자기 방사선의 파장의 공명은 나노 입자의 크기의 변동에 의해 이동될 수 있는 것으로 나타났다. 수중 구형 은-나노 입자의 경우에, 3 nm의 반경을 갖는 나노 입자는 380 nm의 공명을 갖고, 따라서 상기 파장의 광을 흡수할 수 있는 것으로 나타났다. 구형 은-나노 입자의 경우에 10 nm의 반경은 390 nm의 공명을 야기하고, 25 nm의 반경은 410 nm의 공명을 야기하고, 50 nm의 반경은 480 nm의 공명을 야기하고, 100 nm의 반경은 770 nm의 공명을 야기한다. 따라서, 구형 은-나노 입자의 크기의 변화에 의해 공명의 위치 및 흡수 가능한 레이저 방사선의 파장이 명확하게 이동될 수 있는 것을 알 수 있다. Nanoparticles can be made today in different shapes and sizes. As mentioned above, in particular the elongation of the nanoparticles and/or the so-called aspect ratio, i.e. the ratio of the length to the width of the nanoparticles, is of critical importance to the excitation energy of the collective excitation and the wavelength of the most absorbed electromagnetic radiation. At the same time, the wavelength depends on the material used. As a result of the experiment, it was shown that the resonance of the wavelength of the absorbed electromagnetic radiation can be shifted by the fluctuation of the size of the nanoparticles. In the case of spherical silver-nanoparticles in water, it has been shown that nanoparticles with a radius of 3 nm have a resonance of 380 nm, and thus can absorb light of this wavelength. For spherical silver-nanoparticles, a radius of 10 nm causes a resonance of 390 nm, a radius of 25 nm causes a resonance of 410 nm, a radius of 50 nm causes a resonance of 480 nm, and a radius of 100 nm causes a resonance of 410 nm. The radius causes a resonance of 770 nm. Therefore, it can be seen that the location of resonance and the wavelength of laser radiation that can be absorbed can be clearly shifted by changing the size of the spherical silver-nanoparticles.

동일한 것이 예를 들어 수중 구형 금-나노 입자에도 적용된다. 이 경우 3 nm의 반경은 515 nm의 공명을 야기하는 한편, 10 nm로 반경의 확장은 530 nm의 공명을 야기한다. 반경의 추가 확장은 이 경우에 흡수된 전자기 방사선의 파장의 확장도 야기한다. 25 nm의 반경은 540 nm 파장의 흡수를 야기하고, 50 nm의 반경은 575 nm 파장의 흡수를 야기하고, 100 nm의 반경은 770 nm 파장의 흡수를 야기하고, 150 nm의 반경은 1100 nm 파장의 흡수를 야기한다.The same applies to, for example, spherical gold-nanoparticles in water. In this case a radius of 3 nm leads to a resonance of 515 nm, while an extension of the radius to 10 nm leads to a resonance of 530 nm. A further extension of the radius also results in an extension of the wavelength of the electromagnetic radiation absorbed in this case. A radius of 25 nm causes absorption of 540 nm wavelength, a radius of 50 nm causes absorption of 575 nm wavelength, a radius of 100 nm causes absorption of 770 nm wavelength, and a radius of 150 nm causes absorption of 1100 nm wavelength causes absorption of

커팅 및 드릴링을 위한 일반적인 레이저 파장이 800 nm, 1030 nm 또는 1064 nm인 것을 고려하면, 선택된 각각의 파장에 대해 예를 들어 직경 또는 반경으로 인해, 입사된 레이저 파장을 정확히 흡수하는데 적합한, 수중 구형 금-나노 입자를 찾아낼 수 있다. 이에 대한 대안으로서 레이저 주파수가 배가될 수도 있고, 레이저 방사선의 파장은 절반으로 줄어들 수도 있다. 이로써 400 nm, 515 nm 또는 532 nm의 레이저 파장이 사용될 수 있고, 상기 레이저 파장은 예를 들어 매우 작은 수중 구형 금-나노 입자 또는 구형 은-나노 입자에 의해 흡수될 수 있다. Considering that typical laser wavelengths for cutting and drilling are 800 nm, 1030 nm or 1064 nm, for each selected wavelength, for example, due to its diameter or radius, a spherical gold underwater suitable for absorbing the incident laser wavelength exactly. -Can detect nanoparticles. Alternatively, the laser frequency may be doubled, and the wavelength of the laser radiation may be halved. Accordingly, a laser wavelength of 400 nm, 515 nm, or 532 nm may be used, and the laser wavelength may be absorbed by, for example, very small spherical gold-nanoparticles or spherical silver-nanoparticles in water.

구형 나노 입자 대신 소위 나노 로드, 즉 로드형 수중 나노 입자가 사용되면, 특히 나노 입자의 종횡비, 즉 로드의 길이 대 폭의 비가 중요하다. 금의 경우 이러한 종횡비 1은 530 nm의 파장의 흡수를 야기한다. 종횡비가 2.5로 커지면, 흡수되는 파장은 700 nm로 변동되고, 종횡비가 4인 경우에 800 nm로 변동되고, 종횡비가 4.5인 경우에 850 nm로 변동되고, 종횡비가 5.5인 경우에 900 nm로 변동된다. 학술 논문 "Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods Using Seed-Mediated Growth Method"(학술지 Chemistry of Materials. 2003, 15, 1957-1962)에는 700 nm, 760 nm, 790 nm, 880 nm, 1130 nm 및 1250 nm의 공명을 야기하는 종횡비를 갖는 상이한 로드형 금-나노 입자가 개시되어 있다. 6.5의 종횡비는 이 경우 1000 nm의 흡수 파장을 야기하는 한편, 9의 종횡비는 1300 nm의 흡수 파장을 야기한다. 개별 나노 입자의 종횡비는 이 경우 매우 정밀하고 정확하게 조절될 수 있으므로, 흡수되는 전자기 방사선의 파장도 조절되어 각각의 레이저 파장에 대해 바람직하게 정확하게 매칭될 수 있다. When so-called nanorods, i.e., rod-shaped underwater nanoparticles, are used instead of spherical nanoparticles, the aspect ratio of the nanoparticles, i.e., the ratio of the length to the width of the rod, is particularly important. In the case of gold, this aspect ratio of 1 causes absorption of a wavelength of 530 nm. When the aspect ratio increases to 2.5, the absorbed wavelength fluctuates to 700 nm, to 800 nm when the aspect ratio is 4, to 850 nm when the aspect ratio is 4.5, and to 900 nm when the aspect ratio is 5.5. do. In the academic paper "Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods Using Seed-Mediated Growth Method" (Journal Chemistry of Materials. 2003, 15, 1957-1962), 700 nm, 760 nm, 790 nm, 880 nm, 1130 nm and 1250 nm Different rod-shaped gold-nanoparticles with aspect ratios that cause resonance are disclosed. An aspect ratio of 6.5 results in an absorption wavelength of 1000 nm in this case, while an aspect ratio of 9 results in an absorption wavelength of 1300 nm. Since the aspect ratio of the individual nanoparticles can in this case be controlled very precisely and precisely, the wavelength of the electromagnetic radiation that is absorbed can also be controlled so that it can be matched precisely and desirably for each laser wavelength.

물론 나노 입자의 형태들은 구, 타원 또는 로드 형태들로 제한되지 않는다. 검토 논문 "Modelling the optical response of gold nanoparticles"(Chemical Society Reviews 발행, 2008, 37, 1792-1805)에는 예를 들어 원형 또는 사각형 횡단면을 갖는 로드의 상이한 형태들 또는 나노-정팔면체의 다양한 크기들이 분석되어 있다. 나노 십면체도 제조 및 사용 가능하다. 이 경우에도 공간적 연장들과 상기 연장들 간의 비는 흡수되는 전자기 방사선의 파장에 결정적인 영향을 미친다. Of course, the shapes of nanoparticles are not limited to spherical, elliptical or rod shapes. In the review paper "Modeling the optical response of gold nanoparticles" (published by Chemical Society Reviews, 2008, 37, 1792-1805) different shapes of rods with e.g. circular or square cross sections or various sizes of nano-octahedrons are analyzed. there is. Nanodecahedrons can also be made and used. In this case too, the spatial extensions and the ratio between them have a decisive influence on the wavelength of the electromagnetic radiation absorbed.

전자기 레이저 방사선이 이러한 나노 입자에 입사하면, 이러한 광자는 나노 입자에 의해 흡수된다. 이 경우, 나노 입자들은 이러한 레이저 조사에 의해 분쇄될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 분쇄는 레이저 방사선에 의한 용융 및 기화에 기인한다. 이러한 과정은 그러나 예를 들어 평균 약 5 nm의 크기의 금 입자에서 종료되는데, 그 이유는 상기 소형 나노 입자의 흡수 횡단면은 추가 분쇄에 필요한 에너지량을 레이저 방사선에 의해 흡수하기에 너무 작기 때문이다. 레이저 조사에 의한 나노 입자의 분쇄를 종료하는 크기는 하기에서 최종 크기라고 한다. 추가 레이저 조사에 의해 작아질 수 없는 이러한 최종 크기의 나노 입자가 입사된 전자기 레이저 방사선에 적합한 여기 에너지를 갖는 집단 여기를 포함하면, 특히 구형 나노 입자의 경우, 상기 액체를 거기에 포함된 나노 입자와 함께 거의 마모 없이 재사용하는 것이 가능하다. 나노 입자가 다른 형태, 예를 들어 로드 또는 직방체 형태를 가지면, 이는 이렇게 무조건 적용되지 않는데, 그 이유는 상기 나노 입자도 레이저 조사 중에 부서져 분쇄되기 때문이고, 이때 경우에 따라서 상이한 공간 방향으로 공간적 연장들의 비가 변경된다. When electromagnetic laser radiation is incident on these nanoparticles, these photons are absorbed by the nanoparticles. In this case, it has been found that nanoparticles can be pulverized by such laser irradiation. This crushing is due to melting and vaporization by laser radiation. This process, however, ends with, for example, gold particles of an average size of about 5 nm, since the absorption cross section of the small nanoparticles is too small to absorb by the laser radiation the amount of energy required for further comminution. The size at which the pulverization of the nanoparticles by laser irradiation ends is referred to as the final size below. If nanoparticles of this final size, which cannot be reduced by further laser irradiation, contain a collective excitation having an excitation energy suitable for the incident electromagnetic laser radiation, especially in the case of spherical nanoparticles, the liquid is mixed with the nanoparticles contained therein. Together, they can be reused with little wear and tear. If the nanoparticles have other shapes, for example in the form of rods or cuboids, this does not apply unconditionally, since the nanoparticles are also broken and pulverized during laser irradiation, whereby spatial extensions in different spatial directions may be obtained. Rain changes.

나노 입자의 분쇄는 특히 펄스식 레이저의 조사 시 이루어진다. 이러한 경우에 각 펄스의 국부적 에너지 밀도는, 나노 입자의 분쇄가 이루어질 만큼 높다. 이러한 펄스식 레이저는, 특정한 공작물의 소수의 재료들을 가공할 수 있기 위해 필요하다. 다른 재료, 예를 들어 플라스틱의 경우에 더 작은 에너지 밀도로 충분하므로, 상기 재료는 예를 들어 cw-레이저, 즉 연속 빔 레이저에 의해 가공될 수 있다. 이러한 경우에 레이저 방사선의 국부적 에너지 밀도는, 나노 입자에서 분쇄를 야기하기에 너무 작다. 이는, 구형으로 형성되지 않은 나노 입자도 분열 및 분쇄되지 않으므로, 소정의 레이저 방사선의 파장에 매칭되는 이러한 나노 입자들도 거의 제한 없이 다시 및 계속해서 사용될 수 있는 장점을 제공한다. 따라서 이러한 경우에 다수의 공작물의 가공을 위해 새로운 액체에 각각 새로운 나노 입자를 제공하는 것은 불필요하다.The pulverization of nanoparticles is performed especially when irradiated with a pulsed laser. In this case, the local energy density of each pulse is high enough to achieve nanoparticle pulverization. These pulsed lasers are needed to be able to machine a small number of materials in a particular workpiece. In the case of other materials, eg plastics, a lower energy density is sufficient, so that the material can be processed eg by a cw-laser, ie a continuous beam laser. The local energy density of the laser radiation in this case is too small to cause fracture in the nanoparticles. This provides the advantage that nanoparticles that are not spherically formed are not split and pulverized, so that these nanoparticles matched to a given wavelength of laser radiation can be used again and again with little restriction. It is therefore unnecessary in this case to provide each new nanoparticle in a new liquid for the processing of multiple workpieces.

특히 레이저 광은 380 nm 내지 650 nm, 바람직하게 500 nm 내지 530 nm, 특히 515 nm의 파장을 갖는다. In particular the laser light has a wavelength of 380 nm to 650 nm, preferably 500 nm to 530 nm, in particular 515 nm.

사용되는 나노 입자의 크기를 선택함으로써 전술한 바와 같이, 집단 여기의 형성에 필요한 여기 에너지가 조절될 수 있다. 특히 구형 금 입자의 경우에, 추가 레이저 조사에 의해 작아질 수 없는 약 5 nm의 최종 크기의 상기 입자는 515 nm의 파장을 갖는 광자에 상응하는 여기 에너지를 갖는 것으로 밝혀졌다. 이러한 파장이 광원, 즉 레이저원을 위해 사용되면, 나노 입자의 크기 분포가 더 이상 변경되지 않는 이러한 "고정적" 상태에서도 레이저 광에 대해 나노 입자의 최적의 흡수 횡단면이 보장된다. 다른 형상 또는 다른 재료의 나노 입자가 사용되면, 상기 최종 크기 및 "최종" 여기 에너지는 전술한 수치와 다를 수 있다. 그러나 일반적으로, 입사되는 레이저 광의 파장은, 선택된 나노 입자가 장시간 작동 시에도 여기 에너지를 갖는 집단 여기를 포함하도록 선택되고, 상기 여기 에너지는 입사되는 파장을 갖는 광자의 에너지에 상응한다.As described above, by selecting the size of the nanoparticles used, the excitation energy required for the formation of collective excitations can be controlled. Particularly in the case of spherical gold particles, such particles of a final size of about 5 nm, which cannot be reduced by further laser irradiation, were found to have excitation energies corresponding to photons with a wavelength of 515 nm. If this wavelength is used for a light source, ie a laser source, an optimal absorption cross section of the nanoparticles for the laser light is ensured even in this “fixed” state in which the size distribution of the nanoparticles no longer changes. If nanoparticles of a different shape or material are used, the final size and "final" excitation energy may differ from the above values. However, in general, the wavelength of the incident laser light is selected so that the selected nanoparticles contain a collective excitation having an excitation energy even during long-term operation, and the excitation energy corresponds to the energy of a photon having an incident wavelength.

따라서 바람직하게 특히 구 형태를 갖는 금 입자와 515 nm의 파장을 갖는 레이저가 사용된다. Therefore, gold particles having a particularly spherical shape and a laser having a wavelength of 515 nm are preferably used.

집단 여기의 여기 에너지가 레이저 광의 에너지에 상응하도록 적어도 하나의 공간 방향으로 나노 입자의 공간적 연장이 선택되면, 바람직한 것으로 나타났다. 이러한 방식으로 나노 입자의 흡수 횡단면이 최적화되므로, 특히 많은 레이저 광이 흡수될 수 있다. It has been shown to be advantageous if the spatial extension of the nanoparticles in at least one spatial direction is selected such that the excitation energy of the collective excitation corresponds to the energy of the laser light. Since the absorption cross-section of the nanoparticles is optimized in this way, a particularly large amount of laser light can be absorbed.

바람직하게 나노 입자들 중 적어도 소수는, 특히 금, 은, 구리, 팔라듐 또는 상기 원소들 중 다수의 원소들의 합금으로 이루어진 금속 입자이다. 물론, 모든 나노 입자를 이러한 형태로 구현하는 것도 가능하다. 이러한 나노 입자들은 예를 들어 레이저 방사선에 의해 직접 액체 내에 형성될 수 있다. 이는 매우 안전한 제조 과정인데, 그 이유는 이로 인해 예를 들어 나노 입자를 흡입하는 사람의 건강에 위협이 될 수 있는 나노 입자가 공기 중에 도달하는 것이 방지되기 때문이다. 또한 이러한 과정은 매우 융통성을 갖는데, 그 이유는 다수의 금속 또는 합금으로 이러한 방식으로 나노 입자가 형성될 수 있기 때문이다. 동시에 액체 내 다른 물질과 나노 입자의 결합이 이루어질 수 있다. 물론 나노 입자가 다른 방식으로 제조된 이후에야 액체, 예를 들어 물 또는 아세톤에 제공될 수도 있다.Preferably at least a minority of the nanoparticles are metal particles, in particular consisting of gold, silver, copper, palladium or an alloy of a number of the foregoing elements. Of course, it is also possible to implement all nanoparticles in this form. These nanoparticles can be formed directly into the liquid, for example by laser radiation. This is a very safe manufacturing process, since it prevents nanoparticles from reaching the air, which can pose a health risk to, for example, a person who inhales the nanoparticles. Also, this process is very flexible because nanoparticles can be formed in this way from many metals or alloys. At the same time, the combination of nanoparticles with other substances in the liquid can be achieved. Of course, the nanoparticles may be prepared in other ways and then provided in a liquid, for example water or acetone.

다수의 금속, 특히 귀금속 및 경금속이 플라즈몬 공명을 가능하게 할 수 있다. 상기 플라즈몬의 여기 에너지는 나노 입자의 재료, 형태, 크기 및 주변 조건의 적절한 선택에 의해 조절될 수 있고, 거의 자유롭게 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 나노 입자를 주어진 레이저 광에 따라서 선택하는 것이 가능하다. 대안으로서 레이저원도 주어진 나노 입자에 맞게 조정될 수 있다. 입사되는 레이저 광의 파장에서 플라즈몬 공명 또는 다른 집단 여기의 공명이 형성되도록 나노 입자의 형태, 크기 및 재료가 입사되는 레이저 파장에 매칭되면 바람직하다. 또한 파장과 관련해서 조절 가능한 레이저원이 사용되는 것이 가능하고, 상기 레이저원에서 예를 들어 주파수 변환 과정에 의해 파장이 조절된다.A number of metals, particularly noble and light metals, can make plasmonic resonance possible. The excitation energy of the plasmon can be controlled by appropriate selection of the material, shape, size and ambient conditions of the nanoparticle, and can be selected almost freely. In this way, it is possible to select nanoparticles according to a given laser light. Alternatively, the laser source can also be tailored to a given nanoparticle. It is preferable if the shape, size and material of the nanoparticles are matched to the incident laser wavelength so that plasmon resonance or other collective excitation resonance is formed at the wavelength of the incident laser light. It is also possible to use a laser source which is adjustable with respect to the wavelength, in which the wavelength is adjusted by, for example, a frequency conversion process.

예를 들어 평균 약 30 nm(±10 nm)의 직경을 갖는 금속 구형 금 입자가 사용될 수 있다. 이는 약 530 nm의 플라즈몬 공명을 야기하므로, 상기 파장의 레이저 광은 이러한 나노 입자에 의해 특히 양호하게 흡수될 수 있다. 전술한 바와 같이, 나노 입자는 레이저 조사에 의해 평균 약 5 nm 크기까지 작아지고, 이 경우 각각의 플라즈몬 집단 여기의 여기 에너지는 약간 증가하여 515 nm의 파장을 갖는 광자를 포함하는 에너지에 상응한다. 제조 방법에 따라 다른 크기의 나노 입자들이 제조될 수도 있다. 따라서 예를 들어 장파 광자를 흡수하기 위해, 100 nm 내지 약 300 nm의 크기를 갖는 나노 입자들이 사용될 수 있다. For example, metallic spherical gold particles having an average diameter of about 30 nm (±10 nm) can be used. Since this causes a plasmon resonance of about 530 nm, laser light of this wavelength can be absorbed particularly well by these nanoparticles. As described above, the nanoparticles are reduced to an average size of about 5 nm by laser irradiation, and in this case, the excitation energy of each plasmon collective excitation slightly increases to correspond to the energy including photons having a wavelength of 515 nm. Depending on the manufacturing method, nanoparticles of different sizes may be produced. Thus, nanoparticles having a size of 100 nm to about 300 nm can be used, for example to absorb long-wave photons.

전술한 바와 같이, 금 입자의 경우에 특히 515 nm의 입사 파장의 사용이 바람직한데, 그 이유는 이는 5 nm 직경을 갖는 금 입자의 플라즈마 공명에 해당하기 때문이다. 상기 크기의 나노 입자들은 레이저 광 조사에 의해 더 작아질 수 없으므로, 이러한 금-나노 입자 분산액은 거의 제한되지 않은 시간 범위 동안 사용될 수 있고, 이 경우 보어의 내부면 또는 에지 영역의 성형에 미치는 영향이 감소되거나 사라지지 않는다. As mentioned above, the use of an incident wavelength of 515 nm is particularly preferred in the case of gold particles, since this corresponds to the plasma resonance of gold particles with a diameter of 5 nm. Since nanoparticles of the above size cannot be made smaller by irradiation with laser light, such a gold-nanoparticle dispersion can be used for an almost unlimited time range, in which case there is no effect on the shaping of the inner surface of the bore or the edge region. does not decrease or disappear

바람직하게는 나노 입자들의 적어도 소수가 마이크로 입자의 표면에 배치된다. 물론, 모든 나노 입자를 마이크로 입자의 표면에 배치하는 것도 가능하다. 액체 내 마이크로 입자의 사용은 레이저 방사선의 산란을 야기하고, 이로 인해 레이저 방사선의 에너지 밀도가 감소한다. 나노 입자가, 여기에 설명된 바와 같이, 마이크로 입자의 표면에서 흡수되면, 마이크로 입자 및 나노 입자에 의해 야기되는 상이한 효과들이 조합된다. 이로써, 나노 입자에 의한 전자기 레이저 방사선의 흡수, 및 나노 입자가 흡수되는 표면을 갖는 마이크로 입자에 의한 방사선의 산란이 나타난다.Preferably at least a few of the nanoparticles are disposed on the surface of the microparticles. Of course, it is also possible to place all nanoparticles on the surface of microparticles. The use of microparticles in the liquid causes scattering of the laser radiation, thereby reducing the energy density of the laser radiation. When nanoparticles are absorbed at the surface of microparticles, as described herein, the different effects caused by the microparticles and nanoparticles are combined. This results in absorption of the electromagnetic laser radiation by the nanoparticles and scattering of the radiation by the microparticles having a surface on which the nanoparticles are absorbed.

방법의 바람직한 실시예에서 나노 입자들의 적어도 소수는 탄소 나노 튜브이다. 물론 모든 나노 입자들이 탄소 나노 튜브로서 형성될 수도 있다. 이러한 탄소 나노 튜브(carbon nano tubes)에서도 집단 여기가 야기될 수 있다. 나노 튜브의 길이, 벽 두께 및 직경은 거의 자유롭게 조절 가능하게 제조될 수 있으므로, 이러한 경우에도 집단 여기의 형성에 필요한 여기 에너지가 거의 자유롭게 조절될 수 있다. 나노 튜브는 이러한 경우에도 입사되는 레이저 파장에 최적으로 조절될 수 있다. 탄소 나노 튜브는, 예를 들어 금속 입자와 달리, 검은색 분말로서 존재하고 따라서 집단 여기에 의한 큰 흡수 횡단면 외에 추가로 전자 여기에 의한 비교적 큰 흡수 횡단면을 갖는 추가 장점을 제공한다. 이로써 탄소 나노 튜브는 염료의 장점과 집단 여기를 갖는 나노 입자의 장점을 통합한다.In a preferred embodiment of the method at least a minority of the nanoparticles are carbon nanotubes. Of course, all nanoparticles can also be formed as carbon nanotubes. Collective excitation can also be induced in these carbon nanotubes. Since the length, wall thickness and diameter of the nanotubes can be manufactured to be almost freely adjustable, even in this case, the excitation energy required for the formation of collective excitation can be adjusted almost freely. Even in this case, the nanotube can be optimally adjusted to the incident laser wavelength. Carbon nanotubes, unlike metal particles, for example, exist as black powders and thus offer the further advantage of having a relatively large absorption cross section by means of electronic excitation in addition to a large absorption cross section by collective excitation. Thereby, carbon nanotubes combine the advantages of dyes with those of nanoparticles with collective excitation.

바람직하게 나노 입자의 적어도 소수는 표면에 감광성 물질을 포함한다. 물론 모든 나노 입자의 표면에 이러한 감광성 물질이 제공될 수도 있다. 감광성 물질은, 특정한 파장의 광을 흡수하는데 적합한 염료 또는 안료이다. 이러한 염료가 나노 입자의 표면에 배치되면, 상기 염료는 제공된 나노 입자의 흡수 횡단면을 강화하는데, 그 이유는 전술한 탄소 나노 튜브와 유사하게, 나노 입자의 집단 여기의 효과가 감광 물질의 전자 여기와 조합되기 때문이다.Preferably at least a minority of the nanoparticles contain a photosensitive material on their surface. Of course, such a photosensitive material may be provided on the surface of all nanoparticles. A photosensitive material is a dye or pigment suitable for absorbing light of a particular wavelength. When such a dye is placed on the surface of a nanoparticle, the dye enhances the absorption cross section of the provided nanoparticle, because, similar to the carbon nanotubes described above, the effect of the collective excitation of the nanoparticle correlates with the electronic excitation of the photosensitive material. because it is combined.

액체가 4 g/l 미만, 바람직하게 2 g/l 미만, 특히 바람직하게 1 g/l 미만의 농도의 나노 입자를 포함하면, 바람직한 것으로 밝혀졌다. 실제로 사용된 농도는 이 경우 다수의 상이한 파라미터에 의존하고, 실험 또는 생산 시스템의 특성 및 소정의 목표 설정에 따라 선택될 수 있다. 집단 여기의 여기 에너지와는 달리 실제 농도는 이 경우 특히 입사 레이저 방사선의 강도 및 레이저 방사선의 파장에 의존한다.It has been found to be preferable if the liquid comprises nanoparticles at a concentration of less than 4 g/l, preferably less than 2 g/l and particularly preferably less than 1 g/l. The concentration actually used depends in this case on a number of different parameters and can be selected according to the experimental or production system's characteristics and the desired target setting. Unlike the excitation energy of the collective excitation, the actual concentration in this case depends in particular on the intensity of the incident laser radiation and on the wavelength of the laser radiation.

사용된 액체는, 사용된 나노 입자가 상기 액체 내에서 안정적인 한, 그렇게 중요하지 않다.The liquid used is not so critical as long as the nanoparticles used are stable in the liquid.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 보어의 내부면 또는 에지 영역의 성형을 제어하기 위해 제 2 방법 단계에서 According to another embodiment of the invention, in a second method step for controlling the shaping of the inner surface or edge region of the bore

- 액체 내 입자의 농도, - the concentration of particles in the liquid,

- 입자 크기 및/또는 - particle size and/or

- 액체의 유동 속도가 조절된다. 이로 인해 바람직하게는 보어의 성형이 제어될 수 있다.- The flow speed of the liquid is controlled. This advantageously allows the shaping of the bore to be controlled.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 보어는 분사 장치용 분사 밸브의 부분에, 특히 분사 장치의 밸브 시트, 노즐 또는 스로틀 플레이트에 구현된다.According to another embodiment of the invention, the bore is implemented in a part of an injection valve for the injection device, in particular in a valve seat, nozzle or throttle plate of the injection device.

본 발명의 다른 대상은 특히 본 발명에 따른 방법에 따라, 공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 시스템이고, 상기 시스템은 레이저 광을 방출하는 레이저원과, 입자를 포함하는 액체를 보어 내로 유입할 수 있는 유입 장치를 포함한다. 레이저 광과 액체 내 입자는 이 경우, 레이저 광이 입자에서 산란하고 및/또는 입자가 레이저 광을 적어도 부분적으로 흡수하도록 선택된다. 흡수 또는 산란에 의해 입자로부터 열이 발생하고, 상기 열은 보어의 내부면 또는 에지 영역의 제거에 기여한다. Another object of the invention is a system for laser drilling or laser cutting of workpieces, in particular according to the method according to the invention, said system having a laser source emitting laser light and capable of introducing a liquid containing particles into a bore. Includes an inlet device. The laser light and the particles in the liquid are in this case selected such that the laser light scatters off the particles and/or the particles at least partially absorb the laser light. Heat is generated from the particles by absorption or scattering, which contributes to the removal of the inner surface or edge region of the bore.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 시스템은 액체를 안내하는 회로를 포함하고, 상기 회로는 입자를 포함하는 액체의 수집을 위한 저장기, 액체의 송출을 위한 펌프, 보어 내로 액체의 유입을 위한 유입 장치 및/또는 공작물 내로 유입된 액체의 배출을 위한 리턴부를 포함한다. According to another preferred embodiment of the present invention, the system comprises a circuit for guiding the liquid, said circuit comprising a reservoir for collecting the liquid containing particles, a pump for dispensing the liquid, and a circuit for introducing the liquid into the bore. It includes an inlet device and/or a return for discharging liquid introduced into the workpiece.

도 1은 선행기술에 따른 보어의 영역 내의 에지를 라운딩하는 방법을 위한 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 선행기술의 방법에 의해 에지 영역이 라운딩되며, 공작물에 형성된 보어의 각각의 에지 영역을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 공작물에서 레이저 드릴링하는 방법을 위한 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법에 의해 에지 영역이 라운딩되며, 공작물에 형성된 보어의 각각의 에지 영역을 개략적으로 도시한 도면.
1 shows schematically a system for a method for rounding an edge in the area of a bore according to the prior art;
Fig. 2 schematically shows the respective edge areas of a bore formed in a workpiece, wherein the edge areas are rounded by a method of the prior art;
3 schematically illustrates a system for a method for laser drilling in a workpiece according to an exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 4 schematically shows the respective edge areas of a bore formed in a workpiece, wherein the edge areas are rounded by a method according to an exemplary embodiment of the present invention;

다양한 도면에서 동일한 부분들은 항상 동일한 도면부호로 표시되고, 따라서 일반적으로 각각 한 번만 설명된다. Like parts in the various drawings are always denoted by like reference numerals and, therefore, are generally each described only once.

도 1에 선행기술에 따른 보어의 영역 내의 에지를 라운딩하는 방법을 위한 시스템이 개략적으로 도시된다. 일반적으로 공작물(1)에 기능에 따라 보어들이 필요하고, 상기 보어들의 완성 후에 보어들은 내부면에서 디버링 또는 라운딩되어야 한다. 대개 공작물(1)의 가공할 영역은 접근이 어려우므로, 기계적 방법들은 중단된다. 보어들은 예를 들어 유입 시스템, 특히 내연기관용 분사 시스템 내 유입 홀을 위한, 스로틀 보어를 위한 또는 기계적으로 비교적 큰 부하를 받는 부품들을 위한 보어들(11)이다. 일반적으로 상기 보어들(11)는 선행기술에 따라 형성된 후에야 라운딩된다. 1 shows schematically a system for a method for rounding an edge in the area of a bore according to the prior art. In general, the workpiece 1 requires bores depending on their function, and after completion of the bores, the bores must be deburred or rounded on the inner surface. Usually the area to be machined of the workpiece 1 is difficult to access, so mechanical methods are discontinued. The bores are for example bores 11 for an inlet system, in particular for an inlet hole in an injection system for an internal combustion engine, for a throttle bore or for parts subjected to relatively high mechanical loads. Generally, the bores 11 are rounded only after being formed according to the prior art.

라운딩을 위해 일반적으로 사용되는 방법은 하이드로 침식성 그라인딩(HE-그라인딩)이고, 상기 그라인딩 시 연마유는 연마 매체와 혼합되고, 펌프(3)를 이용해서 약 100 bar의 압력 하에 라운딩될 보어(11)에 의해 압축된다. 에지 영역(12) 내 라운딩의 크기는 그라인딩 지속시간, 그라인딩 압력, 연마제의 양과 종류 및 연마유의 점성에 의해 정해진 한계 내에서 조절될 수 있다. 이 경우, 연마유를 안내하는 회로 내에 연마 매체의 침전 및 막힘을 방지하기 위해, 연마 매체가 지속적으로 이동 상태로 유지되어야 하는 것이 단점이다. 또한 연마 매체는 의도치 않게 회로의 부분들 또는 보강재 자체를 연삭하고, 이는 회로의 부분들 또는 보강재의 규칙적인 교체를 필요하게 만든다. 또한 높은 압력은 회로용 펌프 또는 특수한 구동 장치를 전제로 하며, 이는 추가 비용을 발생시킨다. 또한, 윤활제가 공작물(1)을 통해 소정의 경로를 따르도록 하기 위해, 특수한 밀봉부(2)가 필요하다. A commonly used method for rounding is hydroerodible grinding (HE-grinding), in which grinding oil is mixed with an abrasive medium, and a bore (11) to be rounded using a pump (3) under a pressure of about 100 bar compressed by The size of the rounding in the edge region 12 can be adjusted within limits determined by the grinding duration, grinding pressure, amount and type of abrasive, and viscosity of the abrasive oil. In this case, the disadvantage is that the grinding medium must be constantly kept in motion, in order to prevent settling and clogging of the grinding medium in the circuit which guides the grinding oil. The abrasive medium also unintentionally abrades parts of the circuit or the reinforcement itself, which makes regular replacement of the parts of the circuit or the reinforcement material necessary. The high pressure also presupposes a pump for the circuit or a special drive, which creates additional costs. In addition, in order for the lubricant to follow a predetermined path through the work piece 1, a special seal 2 is required.

도 2에 공작물(1)에 형성된 보어(11)의 에지 영역(12)이 각각 개략적으로 도시되고, 상기 에지 영역들(12)은 선행기술의 방법에 의해 라운딩되었다. 특히 2개의 보어 프로파일이 나타나고, 상기 프로파일은 연마유의 비대칭 유입을 야기하고, 유동 내의 불균일한 속도 분포로 인해 불균일한 제거를 야기한다. 따라서 너무 조금(도 2 좌측) 또는 너무 심하게(도 2 우측) 제거된다. Figure 2 schematically shows the edge areas 12 of the bores 11 formed in the workpiece 1, respectively, which edge areas 12 have been rounded by a method of the prior art. In particular, a two-bore profile is present, which profile causes an asymmetric inflow of the abrasive oil and an uneven removal due to an uneven velocity distribution in the flow. Thus, either too little (Fig. 2 left) or too much (Fig. 2 right) is removed.

도 3에 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 공작물(1)에서 레이저 드릴링하는 방법을 위한 시스템이 도시된다. 시스템은 이 경우 레이저 광(7)을 방출하는 레이저원과, 유입 장치를 포함한다. 이 경우, 레이저 광(7)에 의해 공작물(1) 내에 보어(11)가 구현되고, 동시에 드릴링을 위해, 입자를 포함하는 액체(4)가 보어(11) 내로 유입되고, 상기 입자와 레이저 광(7), 특히 레이저 광(7)의 파장은, 레이저 광(7)이 액체(4) 내의 입자에서 산란되고 및/또는 액체(4) 내의 입자에 의해 흡수되도록 선택되거나 또는 서로 매칭된다. 이로 인해 입자를 포함하는 액체(4)에 의해 공작물의 제거가 지원되고, 이 경우 이러한 제거는 결국 보어(1)의 에지 영역(12)의 라운딩을 야기한다. 특히 이를 위해, 액체(4)는 레이저 드릴링 동안 보어(11) 내로 유입되고, 보어(11)는 액체(4)로 세척된다. 보어(11)의 구현과 보어(11)의, 특히 보어(11)의 에지 영역(12) 또는 내부면의 성형이 이렇게 동시에 이루어짐으로써, 바람직하게 제조 라인에서 시간이 절약될 수 있다. 보어(11)의 세척을 위해 시스템은 펌프(3), 유입 장치(6) 및 입자를 포함하는 액체(4)용 저장기(14)를 가진 회로를 포함한다. 특히 유입 장치(6)는, 공작물(1)에 형성된, 예를 들어 보어(11) 전방의 예비 챔버 또는 공동부 형태의 리세스(13) 내로 가능한 한 정확하게 삽입되도록 형성된다. 특히, 액체(4)는 유입 장치(6)의 개구로부터 배출되고, 이 경우 유입 장치(6)가 리세스(13)에 삽입되면, 유입 장치(6)의 개구는 공작물(11)의 내부에 배치된다. 또한, 리세스(13) 내로 유입 장치(6)의 삽입 시 공작물(1)과 유입 장치(6)가 밀봉되도록 유입 장치(6)가 형성되는 것이 가능하다. 또한 유입 장치(6)가 공작물(1)에 고정되는 것이 가능하다. 특히, 예를 들어 유입 장치(6)의 개구가 보어(11)를 향하거나 또는 보어 바로 앞에 배치됨으로써, 액체(4)는 펌프(3)를 이용해서 정확하게 보어(11)를 향해 유입 장치(6) 또는 분사 장치를 통해 보어(11) 내로 송출된다. 바람직하게는 리턴부(15)는 유입 장치(6) 내에 통합된다. 리턴부(15)를 통해 공작물(1) 내로 분사된 액체(4)는 저장기(14) 내로 리턴된다. 또한, 보어(11)로부터 배출되는 액체(4)는 바람직하게 추가의 리턴부(16)를 통해 다시 저장기(14) 내로 리턴되어 거기에 수집된다. 특히 저장기(14), 펌프(3), 리턴부(15), 추가의 리턴부(16) 및/또는 분사 장치(6)는 회로의 부분을 형성한다. 또한 바람직하게, 레이저 광(7)은 펄스식 레이저 광, 예를 들어 나노초, 피코초 또는 펨토초 펄스이다. 이 경우, 강도 증가를 위해 레이저 광(7)이 포커싱되는 것이 가능하다. 또한 보어의 에지 영역 또는 내부면의 성형의 크기는 레이저 강도의 조절에 의해 제어 가능하거나 또는 제어되는 것이 가능하다. 또한 입자는 예를 들어 50 nm 미만, 바람직하게 20 nm 미만, 특히 바람직하게 약 10 nm 미만의 평균 직경을 갖는 금-나노 입자인 것이 가능하다. 또한, 라운딩의 원주 또는 크기는 액체(4) 내 입자의 농도, 입자 크기 및/또는 액체(4)의 유동 속도의 의도된 조절에 의해 제어된다. 3 shows a system for a method of laser drilling in a workpiece 1 according to an exemplary embodiment of the invention. The system in this case comprises a laser source which emits laser light 7 and an input device. In this case, a bore 11 is realized in the workpiece 1 by the laser light 7, and at the same time, for drilling, a liquid 4 containing particles is introduced into the bore 11, and the particles and the laser light are introduced into the bore 11. (7) In particular, the wavelengths of the laser light 7 are selected or matched to each other such that the laser light 7 is scattered at and/or absorbed by the particles in the liquid 4. The removal of the workpiece is thereby assisted by the particle-containing liquid 4, which in this case results in rounding of the edge region 12 of the bore 1. In particular for this purpose, liquid 4 is introduced into bore 11 during laser drilling, and bore 11 is flushed with liquid 4 . The realization of the bore 11 and the shaping of the bore 11 , in particular of the edge region 12 or the inner surface of the bore 11 , can thus advantageously save time on the production line. For cleaning the bores (11), the system comprises a circuit with a pump (3), an inlet device (6) and a reservoir (14) for liquid (4) containing particles. In particular, the inlet device 6 is designed to be inserted as precisely as possible into a recess 13 formed in the workpiece 1 , for example in the form of a pre-chamber or cavity in front of the bore 11 . In particular, the liquid 4 is discharged from the opening of the inlet device 6, in which case when the inlet device 6 is inserted into the recess 13, the opening of the inlet device 6 is inside the workpiece 11. are placed It is also possible for the inlet device 6 to be formed such that upon insertion of the inlet device 6 into the recess 13 , the workpiece 1 and the inlet device 6 are sealed. It is also possible for the inlet device 6 to be fixed to the workpiece 1 . In particular, for example, the opening of the inlet device 6 faces the bore 11 or is arranged directly in front of the bore, so that the liquid 4 is directed directly into the bore 11 by means of the pump 3 and the inlet device 6 ) or into the bore 11 through an injection device. The return part 15 is preferably integrated into the inlet device 6 . The liquid 4 injected into the workpiece 1 through the return unit 15 is returned into the reservoir 14 . Furthermore, the liquid 4 discharged from the bore 11 is preferably returned via a further return 16 back into the reservoir 14 and collected there. In particular the reservoir 14 , the pump 3 , the return part 15 , the further return part 16 and/or the injection device 6 form part of the circuit. Also preferably, the laser light 7 is a pulsed laser light, for example a nanosecond, picosecond or femtosecond pulse. In this case, it is possible for the laser light 7 to be focused to increase the intensity. Also, the size of the shaping of the edge area or inner surface of the bore is controllable or can be controlled by adjusting the laser intensity. It is also possible that the particles are, for example, gold-nanoparticles having an average diameter of less than 50 nm, preferably less than 20 nm, particularly preferably less than about 10 nm. Further, the circumference or size of the rounding is controlled by the intended adjustment of the concentration of the particles in the liquid 4 , the particle size and/or the flow rate of the liquid 4 .

도 4에는 2개의 에지 영역(12)이 개략적으로 도시되고, 상기 영역들은 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법을 이용해서 형성된다. 두 경우에 대칭 에지 영역(12)은 상기 방법에 의해 형성되는 것을 알 수 있다. 이는 라운딩의 효과가 레이저 광에 의해 결정적으로 영향을 받고, 상기 방법은 하이드로 침식 그라인딩(HE-그라인딩)에 비해 비대칭 유입에 대해 덜 민감하지 않기 때문이다.Figure 4 schematically shows two edge regions 12, each of which is formed using a method according to an exemplary embodiment of the present invention. It can be seen that in both cases the symmetrical edge regions 12 are formed by the above method. This is because the effect of rounding is critically influenced by the laser light, and the method is less sensitive to asymmetric influx compared to hydroerosion grinding (HE-grinding).

1 공작물
4 액체
7 레이저 광
11 보어
12 에지 영역
1 workpiece
4 liquid
7 laser light
11 bore
12 edge area

Claims (10)

공작물(1)의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 방법으로서,
제 1 방법 단계에서, 상기 공작물(1), 유입 장치(6) 및 레이저 광(7)을 방출하는 레이저원이 제공되고,
제 2 방법 단계에서,
- 상기 레이저 광(7)에 의해 상기 공작물(1)에 보어(11)가 형성되고,
- 상기 유입 장치(6)에 의해 입자를 포함하는 액체(4)가 상기 보어 내에 배치되고,
상기 레이저 광(7)과 상기 액체(4) 내의 입자는, 상기 레이저 광(7)이 상기 보어(11)의 내부면 또는 에지 영역(12)의 성형을 위해 상기 액체(4) 내의 입자에 의해 산란, 또는 흡수, 또는 산란 및 흡수 둘 모두가 되도록 선택되는, 공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 방법.
As a method for laser drilling or laser cutting of a workpiece (1),
In a first method step, the workpiece (1), an inlet device (6) and a laser source emitting laser light (7) are provided,
In a second method step,
- a bore (11) is formed in the workpiece (1) by means of the laser light (7);
- liquid (4) containing particles is placed in the bore by means of the inlet device (6);
The laser light 7 and the particles in the liquid 4 are such that the laser light 7 is formed by the particles in the liquid 4 for shaping the edge area 12 or inner surface of the bore 11. A method for laser drilling or laser cutting of a workpiece, selected to be either scattering, or absorption, or both scattering and absorption.
제 1 항에 있어서, 상기 보어(11)의 부분 섹션은 상기 입자를 포함하는 상기 액체(4)로 충전되고, 상기 보어(11) 내로 상기 액체(4)의 침투 깊이는 상기 제 2 방법 단계 동안 적어도 일시적으로 일정하게 유지되는, 공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 방법. 2. The method according to claim 1, wherein a partial section of the bore (11) is filled with the liquid (4) containing the particles, and the penetration depth of the liquid (4) into the bore (11) is increased during the second method step. A method for laser drilling or laser cutting of a workpiece, which is held constant at least temporarily. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 방법 단계에서,
- 입자를 포함하는 상기 액체(4)가 상기 보어(11)의 제 1 단부에 유입되고,
- 상기 레이저 광(7)은 상기 보어(11)의 제 2 단부에 도입되는, 공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 방법.
3. The method according to claim 1 or 2, wherein in the second method step,
- the liquid (4) containing particles enters the first end of the bore (11),
- a method for laser drilling or laser cutting of a workpiece, wherein the laser light (7) is introduced into the second end of the bore (11).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 방법 단계에서,
- 펄스식 레이저 광(7) 및
- 나노 입자를 포함하는 액체(4) 중 적어도 하나가 사용되는, 공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 방법.
3. The method according to claim 1 or 2, wherein in the second method step,
- pulsed laser light (7) and
- a method for laser drilling or laser cutting of a workpiece, in which at least one of the liquids (4) containing nanoparticles is used.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 내부면 또는 상기 에지 영역의 성형을 제어하기 위해 상기 제 2 방법 단계에서,
- 상기 액체 내 입자의 농도,
- 상기 보어 내로 상기 액체의 침투 깊이,
- 입자 크기, 및
- 상기 액체의 유동 속도 중 적어도 하나가 조절되는, 공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 방법.
3. The method according to claim 1 or 2, wherein in the second method step to control the shaping of the inner surface or the edge region,
- the concentration of particles in the liquid,
- depth of penetration of the liquid into the bore,
- particle size, and
- a method for laser drilling or laser cutting of a workpiece, wherein at least one of the flow rates of the liquid is regulated.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보어(11)는 분사 장치용 분사 밸브의 부분에 구현되는, 공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 방법. 3. Method according to claim 1 or 2, wherein the bore (11) is embodied in part of an injection valve for an injection device. 공작물(1)의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 레이저 광(7)을 방출하는 레이저원과, 입자를 포함하는 액체(4)를 상기 공작물(1)에 형성된 보어(11) 내로 유입할 수 있는 유입 장치(6)를 포함하고,
상기 레이저 광(7)과 상기 액체(4) 내 입자는,
상기 레이저 광(7)이 상기 입자들에서 산란되도록, 또는
상기 입자들이 상기 레이저 광(7)을 적어도 부분적으로 흡수하도록, 또는
상기 레이저 광(7)이 상기 입자들에서 산란되도록 그리고 상기 입자들이 상기 레이저 광(7)을 적어도 부분적으로 흡수하도록 선택되는, 공작물의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 시스템.
A system for laser drilling or laser cutting of a workpiece (1), comprising a laser source that emits laser light (7) and a liquid (4) containing particles through a bore (11) formed in the workpiece (1). Including an inlet device (6) that can be introduced into the
The laser light 7 and the particles in the liquid 4,
so that the laser light 7 is scattered at the particles, or
so that the particles at least partially absorb the laser light 7, or
A system for laser drilling or laser cutting of a workpiece, wherein the laser light (7) is selected such that it is scattered at the particles and the particles at least partially absorb the laser light (7).
제 7 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 보어 내로 상기 액체의 침투 깊이를 제어하는 가스 역압 장치를 포함하는, 공작물(1)의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 시스템. 8. The system according to claim 7, comprising a gas counterpressure device for controlling the depth of penetration of the liquid into the bore. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 액체(4)를 안내하는 회로를 포함하고, 상기 회로는 상기 입자를 포함하는 상기 액체(4)의 수집을 위한 저장기(14), 상기 액체(4)의 송출을 위한 펌프(3), 상기 보어(11) 내로 상기 액체(4)의 유입을 위한 유입 장치(6), 및 상기 공작물(1) 내로 유입된 상기 액체(4)의 배출을 위한 리턴부(15) 중 적어도 하나를 포함하는, 공작물(1)의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 시스템.9. The method according to claim 7 or 8, wherein the system comprises a circuit for guiding the liquid (4), said circuit comprising a reservoir (14) for collection of the liquid (4) comprising the particles, the Pump 3 for delivery of liquid 4, inlet device 6 for introduction of liquid 4 into bore 11, and discharge of liquid 4 introduced into workpiece 1 A system for laser drilling or laser cutting of a workpiece (1), comprising at least one of the return parts (15) for 제 8 항에 있어서, 상기 유입 장치(6)는 상기 공작물(1) 내의 리세스(13) 내로 삽입 가능하거나, 또는
리턴부(15)는 상기 유입 장치(6) 내에 통합되거나, 또는
상기 유입 장치(6)는 상기 공작물(1) 내의 리세스(13) 내로 삽입 가능하고, 그리고 리턴부(15)는 상기 유입 장치(6) 내에 통합되는, 공작물(1)의 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅을 위한 시스템.
9. The method according to claim 8, wherein the inlet device (6) is insertable into a recess (13) in the workpiece (1), or
The return part 15 is integrated into the inlet device 6, or
The inlet device 6 is insertable into a recess 13 in the workpiece 1 , and the return part 15 is incorporated in the inlet device 6 , laser drilling or laser cutting of the workpiece 1 . system for.
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