NL2009642C2

NL2009642C2 - Werkwijze voor het bewerken van een oppervlak en bewerkt oppervlak.

Info

Publication number: NL2009642C2
Application number: NL2009642A
Authority: NL
Inventors: Jacobus Lambertus Merksteijn
Original assignee: Climate Invest B V
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-04-22
Also published as: WO2014060968A8; WO2014060968A2; WO2014060968A3; WO2014060968A9

Description

WERKWIJZE VOOR HET BEWERKEN VAN EEN OPPERVLAK EN BEWERKT OPPERVLAK

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor 5 het bewerken van een oppervlak.

In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op het met een lichtstraal, bijvoorbeeld afkomstig van een laser, bewerken van een oppervlak. Door het stralen van de lichtstraal op een oppervlak kunnen deeltjes uit het 10 oppervlak verwijderd worden. De grootte van de verwijderde deeltjes zal hierbij in hoofdzaak overeenkomen met de golflengte van de lichtstraal en ligt daarmee tussen ongeveer 300 - 1500 nm.

Het is een doel van de uitvinding om een werkwijze van 15 de in de aanhef vermelde soort te verschaffen waarmee deeltjes uit een oppervlak verwijderd kunnen worden met een grootte, die afwijkt van de golflengte van het gebruikte licht en in het bijzonder kleiner is dan de golflengte van het gebruikte licht.

20 Hiertoe vertoont de werkwijze van de in de aanhef vermelde soort volgens de uitvinding de stappen: a) het verschaffen van het te bewerken oppervlak; b) het op een bepaalde afstand van het oppervlak opstellen van een lichtbron, die is ingericht om een 25 ringvormige lichtstraal uit te zenden; c) het door de lichtbron uitzenden van de lichtstraal in de richting van het oppervlak, waarbij de ringvormige lichtstraal een zich in het naar de lichtbron gerichte buitenvlak van het oppervlak binnenwaarts verplaatsende 30 ringvormige golf veroorzaakt, welke golf in een middelpunt daarvan samenkomt onder vorming van een piek voor het verwijderen van een deeltje uit het oppervlak.

2

De amplitude van de ringvormige golf die zich in het buitenvlak van het oppervlak binnenwaarts verplaatst zal naar binnen toe groeien tot deze een piek vormt in het midden van de golf, ofwel in het midden van de ringvormige 5 lichtstraal waar deze het oppervlak raakt. Deze piek heeft een zodanige intensiteit, dat deze een deeltje uit het oppervlak verwijdert, welke deeltje een afmeting heeft die afhankelijk is van de energie, en dus van de golflengte, van het licht, maar niet beperkt is tot de golflengte zelf. Het 10 deeltje kan zowel kleiner als groter zijn dan de golflengte van de lichtstraal.

Voor het vormen van de ringvormige lichtstraal kan de lichtbron een cirkelvormige lichtbron zijn, die in het midden is afgedekt door een coaxiaal daarmee opgesteld 15 cirkelvormig afdekelement, welk afdekelement een diameter heeft die kleiner is dan de diameter van de cirkelvormige lichtbron, zodat een ringvormige rand is vrijgelaten en de lichtbron ringvormig licht uitzendt.

De ringvormige lichtstraal, die door de lichtbron wordt 20 uitgezonden, kan bijvoorbeeld een evenwijdige lichtstraal zijn.

Alternatief is in stap b) de lichtbron ingericht om een convergerende ringvormige lichtstraal uit te zenden, waarbij de werkwijze verder de stap, uit te voeren voorafgaand aan 25 stap (c), omvat: d) het zodanig focusseren van de lichtbron ten opzichte van het oppervlak, dat het oppervlak zich niet in het brandpunt van de uit te zenden lichtstraal bevindt.

Door de lichtbron zodanig te focusseren, dat het 30 oppervlak zich niet in het brandpunt van de uit te zenden lichtstraal bevindt, raakt de lichtstraal ringvormig het oppervlak, voor het creëren van de zich in het buitenvlak van het oppervlak binnenwaarts verplaatsende golf. Het op 3 deze wijze focusseren van de lichtbron kan bijvoorbeeld plaatsvinden door gebruik van optische elementen zoals lenzen, maar ook door het kiezen van een geschikte afstand van de lichtbron ten opzichte van het oppervlak.

5 Bij voorkeur vindt het focusseren in stap (d) zodanig plaats, dat het oppervlak tussen het brandpunt van de lichtstraal en de lichtbron is opgesteld, ofwel op een afstand van de lichtbron die kleiner is dan de brandpuntsafstand.

10 In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding zendt in stap (c) de lichtbron met een bepaalde frequentie lichtstralen in de richting van het oppervlak uit.

Door het uitzenden van een aantal lichtstralen met een 15 bepaalde frequentie, zullen de golfen naar het midden toe zich op een steeds kortere afstand van elkaar bevinden, zodat de lopende golf in het buitenvlak versterkt wordt en de in het midden gevormde piek een zeer hoge intensiteit krijgt. Op deze wijze zullen de deeltjes effectief uit het 20 oppervlak verwijderd worden.

De frequentie waarmee het aantal lichtstralen wordt uitgezonden ligt bijvoorbeeld tussen 100kHz en 20 MHz.

De lichtbron is bij voorkeur een kringlaser die licht uitzendt met een golflengte die ligt tussen 300 nm en 1500 25 nm.

In een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, omvat de werkwijze de stap: e) het periodiek verplaatsen van de lichtbron ten opzichte van het oppervlak voor het telkens op een andere 30 locatie in het oppervlak verwijderen van een deeltje.

De lichtbron wordt hierbij zodanig verplaatst, dat de afstand van de lichtbron tot het oppervlak in hoofdzaak gelijk blijft. Hierdoor hoeft de lichtbron en het focusseren 4 daarvan niet opnieuw ingesteld te worden en kan het verwijderen van deeltjes uit het oppervlak op verschillende locaties daarvan eenvoudig plaatsvinden.

Bijvoorbeeld is het na stap (c) of (d) bewerkte 5 oppervlak geschikt voor het aangroeien van botstructuren.

Dergelijke oppervlakken vertonen een oppervlaktestructuur, die gekenmerkt is door zeer kleine afmetingen, in het bijzonder kleiner dan de golflengte van licht. Nu de werkwijze volgens de uitvinding geschikt is 10 voor het verwijderen van deeltjes uit een oppervlak met een afmeting die kleiner kan zijn dan de golflengte van de gebruikte lichtstraal, kan een dergelijk oppervlak zeer geschikt vervaardigd worden met de werkwijze volgens de uitvinding.

15 De uitvinding heeft tevens betrekking op een bewerkt oppervlak, dat bewerkt is door de werkwijze volgens de uitvinding zoals hierboven beschreven, welke werkwijze de stappen omvat: a) het verschaffen van het te bewerken oppervlak; 20 b) het op een bepaalde afstand van het oppervlak opstellen van een lichtbron, die is ingericht om een ringvormige lichtstraal uit te zenden; c) het door de lichtbron uitzenden van de lichtstraal in de richting van het oppervlak, waarbij de ringvormige 25 lichtstraal in het oppervlak een zich binnenwaarts verplaatsende ringvormige golf veroorzaakt, welke golf in een middelpunt daarvan samenkomt onder vorming van een piek voor het verwijderen van een deeltje uit het oppervlak.

Een oppervlak, dat met de werkwijze volgens de 30 uitvinding bewerkt is, kan voor diverse doeleinden waar een fijne oppervlaktestructuur vereist is toegepast worden. Bijvoorbeeld is het bewerkte oppervlak geschikt voor het aangroeien van botstructuren.

5

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven figuren, waarin: figuur 1 een zijaanzicht van de lichtbron en het oppervlak toont; 5 figuur 2 een perspectivisch bovenaanzicht van de in het buitenvlak van het oppervlak gecreëerde golfen toont; figuur 3 een doorsnede van figuur 2 toont; en figuur 4 een bewerkt oppervlak, dat met de werkwijze volgens de uitvinding bewerkt is, toont.

10 Figuur 1 toont een kringlaser 1, die op een bepaalde afstand van een te bewerken oppervlak 2 is opgesteld. De kringlaser 1 is zodanig op het oppervlak 2 gefocusseerd, dat het oppervlak 2, in het bijzonder het naar de kringlaser 1 gerichte buitenvlak 5 van het oppervlak 2, zich tussen het 15 brandpunt 4 van de door de kringlaser 1 uitgezonden convergerende ringvormige laserstraal 3 en de kringlaser 1 bevindt, zodat de laserstraal 3 ringvormig op het oppervlak 2 gestraald wordt. De kringlaser 1 straalt met een gekozen frequentie laserstralen 3 uit.

20 Zoals in de figuren 2 en 3 is getoond veroorzaakt elke laserstraal 3 een zich in het buitenvlak 5 van het oppervlak 2 binnenwaarts verplaatsende ringvormige golf 6. De amplitudes van de golfen 6 zullen naar binnen toe toenemen tot de golfen 6 een piek 7 vormen in het midden van de golf, 25 ofwel in het midden van de ringvormige laserstraal 3 waar deze het oppervlak 2 raakt. Deze piek 7 bezit een zodanige intensiteit, dat deeltjes met een bepaalde afmeting, die zowel groter als kleiner kan zijn dan de golflengte van de laserstraal 3, uit het oppervlak 2 verwijderd worden.

30 Met verwijzing naar figuur 1, de kringlaser 1 kan bijvoorbeeld lateraal in richting 8 verplaatst worden, waarbij de afstand tussen de kringlaser 1 en het oppervlak 2 in hoofdzaak gelijk blijft, zodat telkens op een andere 6 locatie in het oppervlak 2 een deeltje daaruit verwijderd wordt. Een op deze wijze bewerkt oppervlak is getoond in figuur 4, waarin de uit het oppervlak 2 verwijderde deeltjes 9 duidelijk zijn weergegeven. Het bewerkte oppervlak uit 5 figuur 4 is bijvoorbeeld geschikt voor het aangroeien van botstructuren.

De parameters die invloed hebben op de grootte van de verwijderde deeltjes omvatten: - Energie per puls; 10 - Golflengte; - Pulsduur; - Pulsfrequentie; - Schrijfpatroon; - Polarisatie van bundel; en 15 - Het materiaal van het oppervlak.

Opgemerkt wordt, dat de uitvinding zich niet beperkt tot de getoonde uitvoeringsvormen, maar zich tevens uitstrekt tot varianten binnen het bereik van de aangehechte conclusies.

20

Claims

1. Werkwijze voor het bewerken van een oppervlak, omvattende de stappen: 5 a) het verschaffen van het te bewerken oppervlak; b) het op een bepaalde afstand van het oppervlak opstellen van een lichtbron, die is ingericht om een ringvormige lichtstraal uit te zenden; c) het door de lichtbron uitzenden van de lichtstraal 10 in de richting van het oppervlak, waarbij de ringvormige lichtstraal een zich in het naar de lichtbron gerichte buitenvlak van het oppervlak binnenwaarts verplaatsende ringvormige golf veroorzaakt, welke golf in een middelpunt daarvan samenkomt onder vorming van een piek voor het 15 verwijderen van een deeltje uit het oppervlak.

2. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij in stap b) de lichtbron is ingericht om een convergerende ringvormige lichtstraal uit te zenden, waarbij de werkwijze verder de 20 stap, uit te voeren voorafgaand aan stap (c), omvat: d) het zodanig focusseren van de lichtbron ten opzichte van het oppervlak, dat het oppervlak zich niet in het brandpunt van de uit te zenden lichtstraal bevindt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij in stap (c) de lichtbron met een bepaalde frequentie lichtstralen in de richting van het oppervlak uitzendt.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij de frequentie ligt 30 tussen 100kHz en 20 MHz.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de lichtbron een kringlaser is die licht uitzendt met een golflengte die ligt tussen 300 nm en 1500 nm.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende de stap: e) het periodiek verplaatsen van de lichtbron ten opzichte van het oppervlak voor het telkens op een andere locatie in het oppervlak verwijderen van een deeltje. 10

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het na stap (c) of (d) bewerkte oppervlak geschikt is voor het aangroeien van botstructuren.

8. Bewerkt oppervlak, dat bewerkt is door de werkwijze volgens een der conclusies 1-7, welke werkwijze de stappen omvat: a) het verschaffen van het te bewerken oppervlak; b) het op een bepaalde afstand van het oppervlak 20 opstellen van een lichtbron, die is ingericht om een ringvormige lichtstraal uit te zenden; c) het door de lichtbron uitzenden van de lichtstraal in de richting van het oppervlak, waarbij de ringvormige lichtstraal in het oppervlak een zich binnenwaarts 25 verplaatsende ringvormige golf veroorzaakt, welke golf in een middelpunt daarvan samenkomt onder vorming van een piek voor het verwijderen van een deeltje uit het oppervlak.

9. Bewerkt oppervlak volgens conclusie 8, waarbij het 30 oppervlak geschikt is voor het aangroeien van botstructuren.