KR20200141471A - 투명 가공물들의 레이저 용접을 위한 방법, 및 연관된 레이저 가공 기계 - Google Patents

투명 가공물들의 레이저 용접을 위한 방법, 및 연관된 레이저 가공 기계 Download PDF

Info

Publication number
KR20200141471A
KR20200141471A KR1020207031758A KR20207031758A KR20200141471A KR 20200141471 A KR20200141471 A KR 20200141471A KR 1020207031758 A KR1020207031758 A KR 1020207031758A KR 20207031758 A KR20207031758 A KR 20207031758A KR 20200141471 A KR20200141471 A KR 20200141471A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
laser beam
feeding direction
workpieces
workpiece
Prior art date
Application number
KR1020207031758A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102617598B1 (ko
Inventor
말테 쿰카르
펠릭스 짐머만
Original Assignee
트룸프 레이저-운트 시스템테크닉 게엠베하
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 트룸프 레이저-운트 시스템테크닉 게엠베하 filed Critical 트룸프 레이저-운트 시스템테크닉 게엠베하
Publication of KR20200141471A publication Critical patent/KR20200141471A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102617598B1 publication Critical patent/KR102617598B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • B23K26/24Seam welding
    • B23K26/244Overlap seam welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/32Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/324Bonding taking account of the properties of the material involved involving non-metallic parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/57Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece the laser beam entering a face of the workpiece from which it is transmitted through the workpiece material to work on a different workpiece face, e.g. for effecting removal, fusion splicing, modifying or reforming
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00Re-forming shaped glass
    • C03B23/20Uniting glass pieces by fusing without substantial reshaping
    • C03B23/203Uniting glass sheets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/52Ceramics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/54Glass

Landscapes

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

Abstract

하나의 가공물(2a)을 통해 다른 하나의 가공물(2b) 상으로 유도되며 그리고 서로에 대해 지탱하는 2개의 가공물(2a, 2b) 사이에 용접선(12)을 생성하기 위해 2개의 가공물(2a, 2b)에 대해 급송 방향(10)으로 이동되는, 펄스 레이저 빔(3), 특히 USP 레이저 빔에 의한, 2개의 상호 중첩된 가공물(2a, 2b)의 레이저 용접을 위한 방법에서, 본 발명에 따라, 급송 방향(10)에 대해 횡단하도록 또는 급송 방향(10)과 평행하게 지향되는 레이저 빔(3)의 전후 편향(11)이, 급송 방향(10)으로 이동되는 레이저 빔(3) 상에 중첩된다.

Description

투명 가공물들의 레이저 용접을 위한 방법, 및 연관된 레이저 가공 기계
본 발명은, 하나의 가공물을 통해 다른 하나의 가공물 상으로 지향되며 그리고 서로 접경하는 2개의 가공물 사이에 용접선(weld seam)을 생성하기 위해 2개의 가공물에 대해 급송 방향으로 이동되는, 펄스 레이저 빔, 특히 USP 레이저 빔에 의한, 2개의 상호 중첩된 가공물의 레이저 용접을 위한 방법에, 그리고 또한, 이러한 레이저 용접 방법을 수행하는데 적당한 레이저 가공 기계에 관한 것이다.
500 ps 미만의 펄스 지속시간을 갖는 초단파(Ultrashort-pulsed: USP) 레이저 복사가, 재료 가공을 위해 점증적으로 사용되고 있다. USP 레이저 복사를 사용하는 재료 가공의 특수한 특징은, 레이저 복사의 가공물과의 짧은 상호작용 시간에 있다. 이러한 짧은 상호작용 시간에 기인하여, 극심한 열역학적 불균형이, 고체 몸체 내에 생성될 수 있고, 이는 이때, 고유의 제거(ablation) 또는 형성 메커니즘을 초래한다. 이 점에 있어서, 예를 들어, 금속들, 반도체들, 유전체들 또는 복합재료들이, 최소 열 입력에 의해 매우 정밀하게 제거될 수 있거나, 또는 마이크로 구조 또는 나노 구조의 형성 프로세스들이, 유도될 수 있다(예를 들어, 고트만 제이, 헤르만스 엠, 오트만 제이에 의한, "고속 마이크로 스캐너를 사용하는 대량 선택적 레이저 유도 에칭에 의한 유리 내의 마이크로 구조의 디지털 광 생성" 물리학 프로세디아 39, 2012, 534-541).
초단파 레이저 펄스에 의한 레이저 빔 투과성, 부분 투과성 또는 산란 재료들에 대한, 레이저-투과 유리들 또는 그 밖의 다른 것의 레이저 용접은, 부가적인 재료 사용 없이 안정적인 연결을 가능하게 하지만, 레이저-유도 일시적 응력 및 영구적 응력에 의해 제한된다. 그에 따라, 접합 상대들의 접합선을, 말하자면 용접선을 따르는 레이저 빔 복수 통과가, 연결 단면을 증가시키기 위해 통상적으로 사용된다. 원칙적으로, 레이저-유도 응력은 또한, 비록 이것이 다른 단점을 야기할 수 있지만(간극 연결 능력), 적당한 레이저 및/또는 프로세스 파라미터들에 의해 감소될 수 있다.
배경은, 초단파 레이저 펄스에 의한 재료의 국부적 용융이다. 초단파 레이저 펄스가, 유리의, 예를 들어 석영 유리의, 체적 내로 초점 조정되는 경우, 초점에 존재하는 높은 강도는, 비선형 흡수 프로세스들로 이어지고, 그 결과, 레이저 파라미터들에 의존하여, 다양한 재료 변태가, 유도될 수 있다. 시간적 펄스 간격이 유리의 전형적인 열확산 시간보다 짧은 경우, 초점 영역 내의 온도는, 펄스로부터 펄스로 증가하며(소위 열 축적), 그리고 국부적 용융으로 이어질 수 있다. 변태(modification)가, 2개의 유리 사이의 계면의 구역에 위치되는 경우, 냉각 용융물이, 양자의 유리의 안정적인 연결을 생성한다. 국부적 접합 프로세스로 인해, 레이저-유도 응력은, 일반적으로 낮으며, 그 결과, 심지어 열적으로 매우 상이한 유리들이 접합될 수 있다. 그러나, 상기 응력은, 강도에 영향을 미치며, 그리고 레이저 접합의 실현 가능성을 제한할 수 있다. 예를 들어 평균 레이저 출력 및 펄스 중첩과 같은 프로세스 파라미터들에 의존하는 변태의 크기 외에, 용접선의 기하 형상이 또한, 레이저-유도 응력에 관한 결정적인 영향을 갖는다. 이 점에 있어서, 선형 용접선이, 균열들이 그를 따라 전파될 수 있는 바람직한 평면을 사전 한정할 수 있고, 이는 그에 따라, 강도에 대해 불리하며 그리고 재료 파손(파단)으로 이어질 수 있다.
본 발명은 따라서, 서로 용접될 가공물들 내에 레이저-유도되는 응력을 감소시키는 그리고 한번의 통과에서 가능한 한 충분히 안정적인 용접선을 생성하는, 서두에 언급된 유형의 방법의 경우에서, 그리고 또한 적절한 레이저 가공 기계를 구체화하는 경우에서, 문제점을 해소한다.
이러한 문제점은, 레이저 빔의 전후 편향이 급송 방향으로 이동되는 레이저 빔 상에 중첩된다는 사실 덕분에, 본 발명에 의해 해소된다. 레이저 빔의 전후 편향은, 급송 방향에 대해 횡단하도록, 특히 급송 방향에 수직으로, 또는 급송 방향에 평행하게 이루어질 수 있다. 이러한 경우에, 급송 방향에 대해 횡단하는 레이저 빔의 전후 편향은, 급송 방향에 평행하게 진행하지 않는 레이저 빔의 모든 편향을 포함한다. 급송 방향에 수직인 레이저 빔의 전후 편향은, 특히, 또한 빔 전파 방향으로 이루어질 수 있다. 급송 방향에 대해 횡단하는 레이저 빔의 전후 편향에 의해, 지그재그형 또는 구불구불한 라인의 형상으로 용접선을 생성하는 것이, 가능하다. 이러한 경우에, 유리하게, 레이저 초점은, 접합 영역의 레벨에 위치되지 않는 대신, 자체의 접합 영역 바로 아래 또는 위의 아래쪽 가공물 또는 위쪽 가공물의 체적 내에 위치된다. 이러한 방식으로, 2개의 가공물의 접합 영역들을 포함하지 않는, 용융 체적이, 발생할 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 빔의 통과 도중에 급송 방향에 대해 횡단하거나 또는 평행한, 레이저 빔의 동적 편향은, 용접 프로세스 도중에 레이저-유도되는 응력을 감소 또는 재분산시킬 있도록 하고, 그 결과, 통상적인 용접에 비해, 더 높은 강도가 달성된다. 특히, 급송 방향에 대해 횡단하는 레이저 빔의 동적 편향에 의해 생성되는, 지그재그형 또는 구불구불한 라인의 형상의 용접선은, 직선형 용접선의 경우에서 보다 평균적으로 더 낮은 응력 또는 응력 복굴절을 야기하고, 이때, 최대 응력(stress maxima)이, 서로 분리되는 방식으로 일어난다. 가공물 재료의 체적에 관한 변화에 기인하는 미세한 변위(스트레인)가, 바람직한 방향을 따라 축적될 수 없으며, 그리고 그에 따라, 파단 라인을 사전 한정할 수 없다. 특히 비-직선형 용접선의 경우에, 단일 통과에서 용접 연결의 요구되는 안정성을 생성하는 것이, 가능하다.
본 발명은, 접합 상대들이 추가적인 품질 개선을 위해 후속적으로 또한 처리되는지와 무관하게, 레이저-접합 가공물의 강도를 증가시키는 것을 가능하도록 한다. 더불어, 용융 영역의 유효 크기가, 증가될 수 있고, 이는 결과적으로, 접합 연결의 안정성을 개선할 수 있다. 추가적 이점들이, 용융 체적이 증가될 수 있으며 그리고 동시에 그의 기하 형상이 지금까지보다 더욱 유연하게 제어될 수 있다는 사실로부터, 야기된다. 이러한 경우에, 단일 통과에서의 체적 및 기하 형상에 관해 제어되는 이러한 용융의 이점들은, 강도 및 처리량 양자 모두에 관해 활용될 수 있다.
바람직하게, 적어도 하나의 가공물이, 특히 다른 하나의 가공물이 또한, 유리, 특히 석영 유리로, 중합체로, 결정 형태의, 유리 세라믹으로, 또는 이들의 조합으로, 및/또는 불투명한 재료로 형성되며, 그리고 레이저 파장에서 적어도 90%의 투과도를 갖는다. 이러한 경우에, 이러한 값은, 처리되지 않은 재료에서의 레이저 빔의 선형 흡수 프로세스들에 관련된다.
원칙적으로, 급송 방향으로의 그리고 급송 방향에 대해 횡단하는 또는 평행한 레이저 빔의 상대적 이동은, 단지 가공물들의 이동에 의해, 단지 레이저 빔의 편향에 의해, 또는 이들의 조합에 의해 달성될 수 있다. 후자의 경우에, 바람직하게, 2개의 가공물은, 배타적으로 급송 방향으로 이동되며, 그리고 동시에 레이저 빔은, 개별적인 급송 방향에 대해 배타적으로 횡단하도록 또는 평행하게 편향된다. 급송 속도 및 편향 속도는, 유리하게, 편향 속도가 급송 속도의 0.01배 내지 100배 사이에 놓이도록 선택된다. 원칙적으로, 임의의 요구되는 궤적을 따라 급송 방향으로의 레이저 빔의 상대적 이동을 수행하는 것이, 가능하다.
하나의 방법 변형예에서, 2개의 가공물은, 급송 방향으로 일정한 급송 속도로 이동되며, 그리고 레이저 빔은, 전자의 경우에, 규칙적인 지그재그형 라인 또는 사인 곡선의 형태로 용접선을 생성하기 위해, 급송 방향에 대해 횡단하는 또는 평행한 동일한 진폭으로 주기적으로 전후로 편향된다.
이러한 경우에, 용접 프로세스는, 특히, 비선형 효과에 의해 유도되며 그리고 개별적인 재료의 변태 임계치가 초과되는 것을 야기하는, 레이저 빔 흡수에 기초하게 되고, 그 결과 재료의 영구적인 변태가, 일어난다. 이러한 경우에, 레이저 펄스들 중의 일부분 또는 전부의 파라미터들은, 비선형 흡수 프로세스가 일어나도록 그리고 변태 임계치가 그의 결과로서 초과되도록, 선택된다. 특히, 용접 프로세스는, 비선형 흡수에 의해 유도되며 그리고 영구적인 재료 변태를 야기하는 프로세스들이 일어나도록, 그의 파라미터들이 선택되는, 하나 이상의 펄스에 의해 개시된다.
다른 양태에서, 본 발명은 또한, 그 중 적어도 하나가, 특히 다른 하나가 또한, 레이저 파장에서 적어도 90%의 투과도를 갖는, 2개의 상호 중첩된 가공물의 레이저 용접을 위한 레이저 가공 기계로서, 특히 USP 레이저 펄스들의 형태의, 펄스 레이저 빔을 생성하기 위한, 레이저, 특히 USP 레이저, 급송 방향에 대해 횡단하도록 또는 평행하게 레이저 빔을 편향시키기 위한 스캐너, 및 급송 방향에 대해 횡단하도록 또는 평행하게 지향되는 레이저 빔의 전후 편향이 급송 방향으로의 레이저 빔의 이동에 중첩되는 방식으로, 상기 스캐너를 제어하도록 프로그램되는 기계 컨트롤러를 포함하는 것인, 레이저 가공 기계에 관한 것이다.
급송 방향으로의 레이저 빔의 이동은, 스캐너에 의해 및/또는 급송 방향으로 2개의 상호 중첩된 가공물을 이동시키기 위한 이동 유닛에 의해, 수행될 수 있다.
바람직하게, 스캐너는, 전기-광학적인, 음향-광학적인, 압전-조절가능한, 또는 미세 전자기계적 시스템 기술에 기초하는, 적어도 하나의 편향기(스캐너 거울)에 의해 형성된다.
본 발명의 대상의 추가적인 이점들 및 유리한 구성들이, 설명, 청구항들 및 도면으로부터 명백하다. 마찬가지로, 이상에 언급된 특징들 및 이하에 제시되는 것들이, 각각의 경우에, 그 자체로서 또는 복수의 임의의 조합으로서, 사용될 수 있다. 도시되고 설명된 실시예들은, 철저한 열거로서 이해되어서는 안 되며, 대신에 본 발명을 개략적으로 설명하기 위한 예시적인 특징을 갖는다.
도 1은, 위쪽 가공물이 부분적으로 그의 도면에서 부분적으로 절개되는, 레이저 빔에 의한 2개의 레이저-투명 가공물의 레이저 용접을 위한 레이저 가공 기계를 개략적으로 도시하고;
도 2a 및 2b는, 위쪽 가공물이 부분적으로 그의 도면에서 부분적으로 절개되는, 2개의 레이저-용접 가공물 상의 본 발명에 따른 2개의 상이한 용접선을 도시하며;
도 3은, 2개의 레이저-용접 가공물 상의 직선형 용접선 및 지그재그형 용접선의 편광 대비 강도(polarization contrast intensity)를, 각각의 경우의 2개의 레이저-용접 가공물의 겹침 접합부(lap joint)의 평면도로, 도시한다.
도 1에 도시된 레이저 가공 기계(1)는, 레이저 빔(3)에 의한 2개의 상호 중첩된 가공물(2a, 2b)의 레이저 용접을 위해 역할을 하고, 도 1에서 적어도 위쪽 가공물(2a)은, 특히 다른 하나의 아래쪽 가공물(2b) 또한, 레이저 파장에서 적어도 90%의 투과도를 가지며, 그리고 예를 들어, 유리, 특히 석영 유리로, 중합체로, 결정 형태의, 유리 세라믹으로, 또는 이들의 조합으로, 및/또는 불투명한 재료로 형성된다.
레이저 가공 기계(1)는, 500 ps 미만의, 특히 10 ps 미만의, 펄스 지속시간을 갖는 USP 레이저 펄스들(5)의 형태의 레이저 빔(3)을 생성하기 위한 USP 레이저(4), 용접될 2개의 가공물(2a, 2b)을 함께 이동시키기 위한, x-y-방향으로 이동 가능한, 이동 유닛(예를 들어 가공물 테이블)(6), 그리고 또한, 용접될 2개의 가공물(2a, 2b) 상에서 레이저 빔(3)을 2-차원적으로 편향시키기 위한 스캐너(7)를 포함한다.
스캐너(7)는 예를 들어, 고-Na 현미경 대물렌즈를 갖는, 마이크로 스캐너이다. 이러한 경우에, USP 레이저(4)에 의해 방출되는 USP 레이저 펄스들(5)은, 검류계 스캐너(7)에 의해 편향되고, 그의 빔 편향은, 망원경을 통해, 현미경 대물렌즈의 초점 평면의 영역으로 이미지화된다. 레이저 빔(3)은, 2개의 횡방향 축으로 스캐너(7)에 의해 편향될 수 있으며, 그리고 편향된 레이저 빔(3)은, 망원경(미도시)에 의해 스캐너(7)의 현미경 대물렌즈 상에 이미지화되고, 상기 현미경 대물렌즈는, 가공될 가공물의 바로 전방에 위치된다. 대안적으로, 빔 편향은 또한, 전기-광학적인, 음향-광학적인, 압전-조절가능한, 또는 그 밖에 미세 전자기계적 시스템 기술(MEMS)에 기초하는, 편향기들에 의해 수행될 수 있다.
2개의 가공물(2a, 2b)의 레이저 용접 도중에, 레이저 빔(3)은, 2개의 가공물(2a, 2b)이 서로에 접경하는 그들의 접합 영역들(9a, 9b)에서 국부적으로 용융되며 그리고 그에 따라 서로 연결되도록, 도 1의 위쪽 가공물(2a)을 통해 아래쪽 가공물(2b) 상으로 지향되며, 그리고 여기서는 직선형 급송 궤적(8)을 따라 2개의 가공물(2a, 2b)에 대해 (이동 유닛(6)의 이동에 의해) 이동된다. 개별적인 급송 방향(10)에 대해 횡단하도록, 여기서는 직각으로, 지향되는 레이저 빔(3)의 전후 편향(이중 머리 화살표(11))이, 그로 인해 상측면(8) 상에 예를 들어 지그재그형 또는 구불구불한 라인의 형상으로 용접선(12)을 생성하도록 하기 위해, 급송 궤적(8)을 따라 이동되는 레이저 빔(3) 상에 중첩된다. 이러한 경우에, 유리하게, 초점 맞춤된 레이저 빔(3)의 레이저 초점은, 접합 영역 상에 위치되지 않는 대신, 그의 접합 영역(9b) 근처의 제2 가공물(2b)의 체적 내에 위치된다. 용접선(12)은, 균일한 급송 이동의 중첩 및 레이저 빔(3)의 주기적인 횡방향 편향의 결과로서, 규칙적인 지그재그형 라인(도 2a)으로서 또는 사인 곡선(도 2b)으로서 실시될 수 있다.
지그재그형 또는 구불구불한 라인의 형상의 용접선(12)은, 직선형 용접선보다 더 낮은 평균 응력을 야기하고, 이때, 최대 응력이, 서로 분리되는 방식으로 일어난다. 가공물 재료의 체적에 관한 변화에 기인하는 미세한 변위(스트레인)가, 바람직한 방향을 따라 축적될 수 없으며, 그리고 그에 따라, 파단 라인을 사전 한정할 수 없다. 레이저 빔(3)의 통과 도중에 레이저-유도되는 응력은, 감소 또는 재분산되고, 그 결과, 통상적인 레이저 용접에 비해, 더 높은 강도가 달성된다.
도시된 바와 같이 횡단하는 대신에, 개별적인 급송 방향(10)에 대해 평행하게 지향되는 레이저 빔(3)의 전후 편향이, 그로 인해 상측면(8) 상에 종방향 용접선(미도시)을 생성하기 위해, 급송 궤적(8)을 따라 이동되는 레이저 빔(3) 상에 또한 중첩될 수 있다.
뒤따르는 레이저 파라미터들은, 바람직하게 선택된다:
200 내지 5000 nm 사이의 레이저 파장,
1 kHz 내지 500 GHz 사이의 레이저 펄스들의 반복수,
10 fs 내지 500 ps 사이의 레이저 펄스 지속시간,
초점 영역 내에서의 영향이 0.01 J/cm2보다 크도록 하는 초점 맞춤 및 펄스 에너지.
변태 임계치는, 유리의 경우에서, 여기에서 대략 1 ps의 펄스 지속시간 및 대략 1 ㎛의 레이저 파장이 주어질 때, 체적 내에서 대략 1 내지 5 J/cm2이며, 그리고 표면에서 대략 0.1 내지 0.5 J/cm2이다.
레이저-유도 응력들(응력 복굴절)에 대한 하나의 척도는, 도 3에 예로서 직선형 용접선(곡선 a) 및 본 발명에 따른 지그재그형 또는 구불구불한 라인의 형상의 용접선(곡선 b)의 경우에 대해 도시되는, 편광 대비 강도이다. 직선형 용접선(a)의 경우에, 유도된 응력은, 전체 변태 구역에 걸쳐 비교적 높으며, 균일한 연속적인 응력 분산을 나타낸다. 지그재그형 또는 구불구불한 라인의 형상의 용접선(b)은, 서로 분리되는 방식으로 일어나는 강도 피크들을 갖는, 낮은 평균 최대 응력을 나타내고, 그 결과, 레이저-접합 연결의 강도가, 증가된다.

Claims (10)

  1. 하나의 가공물(2a)을 통해 다른 하나의 가공물(2b) 상으로 유도되며 그리고 서로에 접경하는 2개의 가공물(2a, 2b) 사이에 용접선(12)을 생성하기 위해 2개의 가공물(2a, 2b)에 대해 급송 방향(10)으로 이동되는, 펄스 레이저 빔(3), 특히 USP 레이저 빔에 의한, 2개의 상호 중첩된 가공물(2a, 2b)의 레이저 용접을 위한 방법으로서,
    급송 방향(10)에 대해 횡단하도록 또는 급송 방향(10)과 평행하게 지향되는 상기 레이저 빔(3)의 전후 편향(11)이, 급송 방향(10)으로 이동되는 상기 레이저 빔(3) 상에 중첩되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 가공물(2a)이, 특히 다른 하나의 가공물(2b)이 또한, 유리, 특히 석영 유리로, 중합체로, 결정 형태의, 유리 세라믹으로, 또는 이들의 조합으로, 및/또는 불투명한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하나의 가공물(2a)이, 특히 다른 하나의 가공물(2b)이 또한, 레이저 파장에서 적어도 90%의 투과도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개의 가공물(2a, 2b)은, 배타적으로 급송 방향(10)으로 이동되며, 그리고 동시에 상기 레이저 빔(3)은, 급송 방향(10)에 대해 배타적으로 횡단하도록 또는 평행하게 전후로 편향되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개의 가공물(2a, 2b)은, 일정한 급송 속도(v)로 또는 급송 방향(10)으로 가속되는 방식으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔(3)은, 특히 규칙적인 지그재그형 라인 또는 사인 곡선의 형태로 용접선(12)을 생성하도록 하기 위해, 급송 방향(10)에 대해 횡단하도록 동일한 진폭으로 전후로 주기적으로 편향되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스 레이저 빔(3)의 하나 이상의 펄스가, 비선형 흡수 프로세스가 용접 프로세스 도중에 하나의 또는 양자 모두의 가공물(2a, 2b) 내에서 일어나도록 선택되는 파라미터들을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 2개의 상호 중첩된 가공물(2a, 2b)로서, 그 중 적어도 하나가, 특히 다른 하나가 또한, 레이저 파장에서 적어도 90%의 투과도를 갖는 것인, 2개의 상호 중첩된 가공물(2a, 2b)의 레이저 용접을 위한 레이저 가공 기계(1)로서,
    특히 USP 레이저 펄스들(5)의 형태의, 펄스 레이저 빔(3)을 생성하기 위한, 레이저(4), 특히 USP 레이저, 급송 방향(10)에 대해 횡단하도록 또는 평행하게 상기 레이저 빔(3)을 편향시키기 위한 스캐너(7), 및 급송 방향(10)에 대해 횡단하도록 또는 평행하게 지향되는 상기 레이저 빔(3)의 전후 편향(11)이 급송 방향(10)으로의 상기 레이저 빔(3)의 이동에 중첩되는 방식으로, 상기 스캐너(7)를 제어하도록 프로그램되는 기계 컨트롤러(14)를 포함하는 것인, 레이저 가공 기계.
  9. 제8항에 있어서,
    급송 방향(10)으로 2개의 상호 중첩된 가공물(2a, 2b)을 이동시키기 위한 이동 유닛(6)으로서, 상기 기계 컨트롤러(14)는, 상기 레이저 빔(3)이 급송 방향(10)으로 이동되며 그리고 급송 방향(10)에 대해 횡단하도록 또는 평행하게 지향되는 상기 레이저 빔(3)의 전후 편향(11)이 이러한 이동에 중첩되는 방식으로, 상기 이동 유닛(6) 및 상기 스캐너(7)를 제어하도록 프로그램되는 것인, 이동 유닛(6)에 의해 특징지어지는 것인, 레이저 가공 기계.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 스캐너(7)는, 전기-광학적인, 음향-광학적인, 압전-조절가능한, 또는 미세 전자기계적 시스템 기술에 기초하는, 적어도 하나의 편향기에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 기계.
KR1020207031758A 2018-04-10 2019-04-05 투명 가공물들의 레이저 용접을 위한 방법, 및 연관된 레이저 가공 기계 KR102617598B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018205325.1 2018-04-10
DE102018205325.1A DE102018205325A1 (de) 2018-04-10 2018-04-10 Verfahren zum Laserschweißen von transparenten Werkstücken und zugehörige Laserbearbeitungsmaschine
PCT/EP2019/058717 WO2019197298A1 (de) 2018-04-10 2019-04-05 VERFAHREN ZUM LASERSCHWEIßEN VON TRANSPARENTEN WERKSTÜCKEN UND ZUGEHÖRIGE LASERBEARBEITUNGSMASCHINE

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200141471A true KR20200141471A (ko) 2020-12-18
KR102617598B1 KR102617598B1 (ko) 2023-12-22

Family

ID=66182505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207031758A KR102617598B1 (ko) 2018-04-10 2019-04-05 투명 가공물들의 레이저 용접을 위한 방법, 및 연관된 레이저 가공 기계

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210008664A1 (ko)
EP (1) EP3774675A1 (ko)
KR (1) KR102617598B1 (ko)
CN (1) CN111936433A (ko)
DE (1) DE102018205325A1 (ko)
WO (1) WO2019197298A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018205325A1 (de) 2018-04-10 2019-10-10 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Laserschweißen von transparenten Werkstücken und zugehörige Laserbearbeitungsmaschine
US11583955B2 (en) * 2019-08-06 2023-02-21 Advalue Photonics, Inc. Laser welding utilizing broadband pulsed laser sources
DE102019130973A1 (de) * 2019-11-15 2021-05-20 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Schmelzpools
DE102021111879A1 (de) 2021-05-06 2022-11-10 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Laserschweißen von Fügepartnern mit einer gekrümmten Oberfläche
DE102021118593A1 (de) 2021-07-19 2023-01-19 Trumpf Laser Gmbh Verfahren zum Fügen mindestens zweier Fügepartner
CN116373313A (zh) * 2023-03-15 2023-07-04 苏州大学 一种陶瓷与透明塑料焊接的方法、设备及陶瓷塑料焊接件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005125783A (ja) * 2003-10-21 2005-05-19 Leister Process Technologies レーザー光線による樹脂の加熱方法及び装置
DE102007063456A1 (de) * 2007-12-22 2008-11-06 Rofin-Sinar Laser Gmbh Verfahren zum Schweißverbinden von Werkstücken aus einem metallischen Werkstoff mit einem Laserstrahl
KR20100120297A (ko) * 2008-03-07 2010-11-15 아이엠알에이 아메리카, 인코포레이티드. 초단파 펄스 레이저에 의한 투명 재료 프로세싱

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0483569A1 (en) * 1990-10-29 1992-05-06 Fmc Corporation Plastic welding apparatus
JP4267378B2 (ja) * 2003-06-11 2009-05-27 トヨタ自動車株式会社 樹脂部材のレーザ溶着方法及びその装置およびレーザ溶着部材
DE102005032778B4 (de) * 2005-07-06 2008-08-28 Carl Baasel Lasertechnik Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Verbinden von Werkstücken aus Kunststoff mit einem Laserstrahl
EP1920906A4 (en) * 2005-09-01 2010-10-06 Univ Osaka METHOD FOR CONNECTING METAL AND RESIN AND METAL RESIN COMPOSITE, METHOD FOR CONNECTING GLASS AND RESIN AND GLASS-RESIN COMPOSITE MATERIAL AND METHOD FOR CONNECTING CERAMIC AND RESIN AND CERAMIC RESIN-COMPOSITE MATERIAL
CN101553340A (zh) * 2006-09-22 2009-10-07 国立大学法人大阪大学 物质的接合方法、物质接合装置以及接合体及其制造方法
DE102008022014B3 (de) * 2008-05-02 2009-11-26 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Dynamische Strahlumlenkung eines Laserstrahls
JP2011156574A (ja) * 2010-02-02 2011-08-18 Hitachi High-Technologies Corp レーザ加工用フォーカス装置、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法
US20110200802A1 (en) * 2010-02-16 2011-08-18 Shenping Li Laser Welding of Polymeric Materials
FI123860B (fi) * 2010-05-18 2013-11-29 Corelase Oy Menetelmä substraattien tiivistämiseksi ja kontaktoimiseksi laservalon avulla ja elektroniikkamoduli
DE102010039893A1 (de) * 2010-08-27 2012-03-01 Robert Bosch Gmbh Fügekörper und Verfahren zur Herstellung eines Fügekörpers
CA2823806C (en) * 2011-01-10 2017-08-29 Universite Laval Laser reinforced direct bonding of optical components
US8739574B2 (en) * 2011-09-21 2014-06-03 Polaronyx, Inc. Method and apparatus for three dimensional large area welding and sealing of optically transparent materials
GB201401421D0 (en) * 2014-01-28 2014-03-12 Univ Dundee Welded glass product and method of fabrication
DE102014203845A1 (de) * 2014-03-03 2015-09-03 BLZ Bayerisches Laserzentrum Gemeinnützige Forschungsgesellschaft mbH Verfahren zum laserinduzierten Fügen eines glasartigen Fügepartners mit einem artfremden Fügepartner mithilfe ultrakurzer Laserpulse
DE102014210486B4 (de) * 2014-06-03 2016-08-04 Lpkf Laser & Electronics Ag Verfahren zum Verschweißen zweier Fügepartner aus thermoplastischen Kunststoffen entlang einer Schweißnaht mittels Laser
DE102015104411B4 (de) * 2015-03-24 2017-02-16 Scansonic Mi Gmbh Laserstrahlfügeverfahren und Laserbearbeitungsoptik
WO2016205805A1 (en) * 2015-06-19 2016-12-22 Ipg Photonics Corporation Laser welding head with dual movable mirrors providing beam movement
JP2017186204A (ja) * 2016-04-07 2017-10-12 英興株式会社 シリカガラス溶接方法
US10195689B2 (en) * 2016-07-11 2019-02-05 GM Global Technology Operations LLC Laser welding of overlapping metal workpieces assisted by varying laser beam parameters
CN107162395A (zh) * 2017-07-14 2017-09-15 湖南理工学院 一种双层或多层垂直封装玻璃的方法
KR102391994B1 (ko) * 2017-08-14 2022-04-28 삼성디스플레이 주식회사 멀티 스택 접합체, 멀티 스택 접합체의 제조 방법 및 멀티 스택 접합체를 포함하는 표시 장치
DE102018205325A1 (de) 2018-04-10 2019-10-10 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Laserschweißen von transparenten Werkstücken und zugehörige Laserbearbeitungsmaschine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005125783A (ja) * 2003-10-21 2005-05-19 Leister Process Technologies レーザー光線による樹脂の加熱方法及び装置
DE102007063456A1 (de) * 2007-12-22 2008-11-06 Rofin-Sinar Laser Gmbh Verfahren zum Schweißverbinden von Werkstücken aus einem metallischen Werkstoff mit einem Laserstrahl
KR20100120297A (ko) * 2008-03-07 2010-11-15 아이엠알에이 아메리카, 인코포레이티드. 초단파 펄스 레이저에 의한 투명 재료 프로세싱

Also Published As

Publication number Publication date
EP3774675A1 (de) 2021-02-17
WO2019197298A1 (de) 2019-10-17
DE102018205325A1 (de) 2019-10-10
US20210008664A1 (en) 2021-01-14
KR102617598B1 (ko) 2023-12-22
CN111936433A (zh) 2020-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102617598B1 (ko) 투명 가공물들의 레이저 용접을 위한 방법, 및 연관된 레이저 가공 기계
KR102124881B1 (ko) 레이저 프로세싱 장치 및 방법
CN106312314B (zh) 双激光束焊接系统及方法
JP6799755B2 (ja) レーザ溶接方法
DK2747984T3 (en) A method and apparatus for laser welding two plastic parts to be joined
CN107442930A (zh) 一种激光焦点动态加工方法及装置
KR20110120862A (ko) 챔퍼링된 모서리를 갖는 유리를 레이저 처리하는 방법
JP2014073526A (ja) 光学系及びレーザ加工装置
JP5334866B2 (ja) レーザ溶接する方法及び装置
US20210276128A1 (en) Butt welding with ultrashort pulse laser beams, and optical elements joined together from individual parts
JP5812527B2 (ja) ホットワイヤレーザ溶接方法と装置
KR20200103044A (ko) 레이저 투과 공작물의 표면 구조화를 위한 방법 및 레이저 가공 기계
Nordin et al. Effect of focusing condition on molten area characteristics in micro-welding of borosilicate glass by picosecond pulsed laser
KR102193008B1 (ko) 레이저 빔을 사용하여 고체 금속 쉬트에 샌드위치 금속 쉬트를 납땜하는 방법
CN111302609A (zh) 一种双激光束复合焊接玻璃的方法及装置
JP2018051607A (ja) レーザ溶接装置
US20210276127A1 (en) Butt welding of two workpieces with an ultrashort pulse laser beam, and associated optical elements
US20230001508A1 (en) Welding method and welding apparatus
Henn et al. Combining LPBF and ultrafast laser processing to produce parts with deep microstructures
JP2015178130A (ja) 溶接装置および溶接方法
CN111069786B (zh) 激光开槽装置及方法
Zimmermann et al. Towards industrial usage of ultrashort pulse welding
WO2020254615A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung eines werkstücks mit hochdynamischer bewegung des laserstrahles zwischen unterschiedlichen räumlichen bereichen
WO2023085156A1 (ja) レーザ加工方法及びレーザ加工機
JPH02147185A (ja) レーザ加工方法及び装置

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant