WO2006040280A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von bohrungen mittels ultrakurzpulslaser durch abtragen von weiterem material im bereich der wtvndung einer vorbohrung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von bohrungen mittels ultrakurzpulslaser durch abtragen von weiterem material im bereich der wtvndung einer vorbohrung Download PDF

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WO2006040280A1 PCT/EP2005/055019 EP2005055019W WO2006040280A1 WO 2006040280 A1 WO2006040280 A1 WO 2006040280A1 EP 2005055019 W EP2005055019 W EP 2005055019W WO 2006040280 A1 WO2006040280 A1 WO 2006040280A1
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long
ultrashort
ultrashort pulse
laser beam
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Tilmann Schmidt-Sandte
Thomas Wawra
Markus Willert
Andreas Wolf
Andreas Dauner
Kai Osswald
Jens Koenig
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention is based on a method as known in the document WO 00/67945.
  • pulsed lasers are used to remove material from a workpiece.
  • areal Abtra ⁇ can be performed or recesses and holes are made.
  • the use of pulsed lasers is advantageous in this case because a continuous operation of the laser leads to a continuous evaporation of material of the workpiece.
  • the laser beam is then attenuated by this vapor and plasma cloud, which adversely affects the bore precision and the bore speed.
  • the method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that can bring in a very short time very precise holes in workpieces.
  • a pilot bore is introduced into the workpiece, the pilot bore having smaller dimensions than the desired end shape of the bore.
  • the wall of the pilot hole is widened and precisely machined until the desired bore shape has been produced.
  • the pilot hole can be introduced by any desired method, rapid methods with low precision can be selected.
  • the pilot bore can either also be introduced by means of a laser or else by other methods.
  • the pre-bore is generated with the aid of a long-pulse laser, which emits significantly longer and thus more energy-rich laser pulses than the ultrashort pulse laser. This makes it possible to produce the pilot bore with a single pulse or with a few pulses running one behind the other.
  • the beam of the ultrashort pulse laser can be deflected by an optical deflection device in such a way that the wall of the pilot hole can be specifically processed. This is a processing of
  • the laser beam of the ultrashort pulse laser can be moved in an advantageous manner such that the wall of a pre-bore formed in a workpiece can thereby be machined.
  • an optical deflection device for example in the form of a trephining optics, as is known, for example, from the publications DE 101 05 346 A1 and US Pat. No. 6,070,813.
  • an optical device which enables a coaxial arrangement of the laser beams of a long-pulse laser and an ultrashort-pulse laser.
  • an optical device which surrounds a semipermeable mirror is suitable so that the laser beams can be aligned coaxially with one another by reflection on the mirror on the one hand and by transmission of the mirror on the other hand.
  • a corresponding deflection of the laser beam can be achieved so that the formation of non-constant cross sections of the bore is also possible.
  • FIG. 1 shows the schematic representation of a device according to the invention for carrying out the method
  • FIG. 2 shows a workpiece with a pilot hole formed therein
  • FIG. 3 shows the same workpiece as in FIG. 2 with the final shape of FIG
  • Figure 4 is the same view as Figure 3, wherein the laser beam is inclined relative to the longitudinal axis of the pilot hole 5.
  • FIG. 1 schematically shows a device for introducing a precisely defined bore into a workpiece.
  • the device comprises an ultra-short pulse laser 10 which can emit laser pulses with high intensity and with a very short pulse duration.
  • the pulse duration is preferably in the range of
  • the device comprises a further laser, which is designed as a long-pulse laser 12.
  • This long-pulse laser is also pulsed and generates laser pulses that have a significantly longer duration than those of the ultrashort pulse laser 10 emitted laser pulses.
  • the pulse duration is in the range of 1 ⁇ s to 1 ms, so that each laser pulse introduces relatively much energy into the workpiece.
  • the material also vaporizes in the region hit by the laser pulse, but the material is melted in the environment due to the relatively long jet duration.
  • the long-pulse laser 12 can be so with one or a few
  • Laser pulses remove a lot of material from the workpiece 1.
  • the ultrashort pulse laser beam 100 emitted by the ultrashort pulse laser 10 first strikes a beam interrupter 17, which allows the ultra-short-pulse laser beam 100 to be interrupted, the beam interrupter 17 preferably being electrically operated and a very short switching time having.
  • the ultrashort pulse laser beam 100 it strikes a semitransparent mirror 14, which deflects the ultrashort pulse laser beam 100 in the direction of the workpiece.
  • the ultrashort pulse laser beam 100 impinges on an optical deflection device 20, which allows the laser beam to be displaced parallel to it by a distance d, this distance being in the range of half the diameter of the pilot hole 5.
  • a Trepanieroptik was ⁇ used.
  • the focusing device 22 which is arranged between the deflection device 20 and the workpiece 1, directs the ultrashort pulse laser beam 100 to the desired point of the workpiece and generates the highest beam intensity there. With the aid of the focusing device 22, a further offset or a tilting of the ultrashort pulse laser beam 100 is also possible.
  • the laser beam 120 emitted by the long-pulse laser 12 passes in its course, as does the ultrashort-pulse laser beam 100, a beam interrupter which is of the same type as the beam interrupter 17.
  • the long-pulse laser beam 120 strikes a mirror 15, which deflects the long-pulse laser beam 120 in the direction of the workpiece 1.
  • the long-pulse laser beam 120 strikes the semitransparent mirror 14 in the further course and passes through it largely, the long-pulse laser beam 120 and the ultra-short-pulse laser beam 100 being adjusted so that they are coaxial with each other after the semitransparent mirror 14 are.
  • the long-pulse laser beam 120 passes also the deflection device 20 and the focusing device 22 until it finally strikes the workpiece.
  • the semitransparent mirror 14 and the mirror 15 thus form an optical device for coaxially aligning the ultrashort pulse laser beam 100 and the long-pulse laser beam 120.
  • a pilot bore 5 is introduced into the workpiece with the aid of the long-pulse laser 12, as shown in an enlarged illustration in FIG.
  • the ultrashort pulse laser 10 remains switched off or the beam interrupter 17 is closed.
  • material is evaporated from the workpiece, whereby the pilot hole 5 is formed.
  • a melt 8 is formed, which partially solidifies in the pilot bore 5 and partially exits through the evaporation of the material from the pilot bore 5 and at the bore entrance is deposited.
  • the ultrashort pulse laser 17 is opened so that the ultrashort pulse laser beam 100 can strike the workpiece.
  • the aim of processing with the ultrashort pulse laser 10 is to enlarge the pre-bore 5 and thus give it its final shape.
  • the deflection device 20 is adjusted so that the ultrashort pulse laser beam 100 strikes the wall region of the pilot hole 5, as shown in FIG. Due to the function of the deflection device 20, the longitudinal axis of the ultra-short-pulse laser beam 100 here moves on a cylinder, as indicated by the path 30 in FIG.
  • FIG. 3 also shows the shape of the pilot hole 5, so that the effect of material removal by the ultrashort pulse laser 10 is illustrated.
  • the ultrashort pulse laser beam 100 With the aid of the deflection device 20, it is also possible to tilt the ultrashort pulse laser beam 100 by an angle ⁇ , as shown in FIG. Thereby the ultrashort-pulse laser beam 100 no longer runs parallel to the longitudinal axis of the pilot bore 5 on the workpiece 1, but is inclined by the angle ⁇ , so that a conical bore 3 is formed during material removal by the ultrashort pulse laser 10.
  • the ultrashort pulse laser beam 100 can be moved in such a way that it describes a tumbling movement about a spatially fixed point 25.
  • the point 25 may be within the workpiece 1 or outside, whereby the course of the diameter of the bore 3 can be influenced.
  • pilot hole 5 is not with a
  • Long pulse laser 12 is produced, but for example, by electroeroding or with any other method with which appropriate pilot holes can be introduced into the workpiece.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erzeugen einer Bohrung (3) in einem Werkstück (1) wird ein Ultrakurzpuls-Laser (10) eingesetzt, der Laserpulse mit einer sehr kurzen Pulsdauer aussenden kann. Zuerst wird eine Vorbohrung im Werkstück (1) erzeugt, wobei die Vorbohrung eine Wandung aufweist und geringere Abmessungen aufweist als die gewünschte Endform der Bohrung (3) . Danach wird weiteres Material im Bereich der Wandung der Vorbohrung mit dem ültrakurzpuls-Laser (10) abgetragen, bis die gewünschte Form der Bohrung (3) erreicht ist. Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird der Ultrakurzpuls-Laserstrahl (100) so von einer optischen Umlenkvorrichtung (20) abgelenkt, dass dadurch die Wandung der Vorbohrung (5) bearbeitet werden kann.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG VON BOHRUNGEN MITTELS ULTRAKURZPULS¬ LASER DURCH ABTRAGEN VON WEITEREM MATERIAL IM BEREICH DER WANDUNG EINER VOR- BOHRUNG
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren aus, wie es in der Schrift WO 00/67945 bekannt ist. Bei dem bekannten Verfahren werden gepulste Laser eingesetzt, um Material von einem Werkstück abzutragen. Hierbei können flächenmäßige Abtra¬ gungen vorgenommen werden oder auch Ausnehmungen und Bohrungen gefertigt werden. Die Verwendung von gepulsten Lasern ist hierbei von Vorteil, weil ein Dauerbetrieb des Lasers zu einer dauernden Verdampfung von Material des Werk¬ stücks führt. Der Laserstrahl wird dann durch diese Dampf- und Plasmawolke ge¬ schwächt, was die Bohrungspräzision und die Bohrungsgeschwindigkeit negativ beeinflusst.
Es ist weiter bekannt, extrem kurze Laserpulse zu verwenden, was folgenden Vor¬ teil aufweist: durch die hohe Energiedichte und die kurze Pulsdauer verdampft das Material des Werkstücks augenblicklich und wird durch die thermische Ausdeh¬ nung des verdampften Materials weggeschleudert. Dadurch kann sich das umlie¬ gende Material nicht erwärmen und es entsteht keine Schmelze, wie sie sonst ins- besondere bei metallischen Werkstücken auftritt. Damit lassen sich sehr präzise
Materialabtragungen durchführen bis in den Mikrometer-Bereich. Der Nachteil dieser Methode ist, dass sie relativ langsam ist, da große Energiedichten nötig sind und ein sehr kurzer Laserpuls nur wenig Energie beinhaltet. Die lange Prozessdau¬ er führt jedoch dazu, dass diese Methode in der Praxis relativ teuer ist und sich nur bedingt für eine Massenfertigung von Produkten eignet. Um die Prozessdauer zu verkürzen kann die Pulslänge vergrößert werden, um mehr Energie in einem Laserpuls zur Verfügung zu haben. Hierdurch erhöht sich der Materialabtrag und die Prozesszeit sinkt, jedoch wird die Präzision schlechter, da jetzt zunehmend thermische Veränderungen in der Umgebung des Laser-
Auftreffpunkts stattfinden und Schmelze entsteht. Dies führt gerade bei sehr klei¬ nen Bohrungen und Ausnehmungen zu ungenauen Abmessungen, die außerhalb der Toleranzen liegen. So ist es beispielsweise bei der Fertigung von Einspritzöffhun- gen in Diesel-Einspritzventilen nötig, mehrere Bohrungen mit einem Durchmesser von zum Teil unter 100 μm und einer Länge von etwa 1000 μm herzustellen, wo¬ bei eine sehr geringe Toleranz von weniger als 1 μm einzuhalten ist. Solche Boh¬ rungen sind mit den bekannten Verfahren nicht mit der notwendigen Präzision und in der für die wirtschaftliche Herstellung notwenig kurzen Zeit herstellbar.
Das aus der WO 00/67945 bekannte Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass kurze und lange Laserpulse gleichzeitig oder wiederholt nacheinander eingesetzt werden sollen. Durch das wiederholte Einsetzen von langen und kurzen Laserpul¬ sen besteht jedoch die Gefahr, dass durch die langen Laserpulse Material an den Stellen abgetragen oder aufgeschmolzen wird, die bereits von den kurzen Laser- pulsen bearbeitet worden sind. Dies beeinträchtigt die erreichbare Präzision der
Bohrung bzw. der Materialabtragung.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sich in kurzer Zeit sehr präzise Bohrungen in Werkstücke einbringen lassen. Hierzu wird eine Vorbohrung in das Werkstück eingebracht, wobei die Vorbohrung geringere Abmessungen aufweist als die ge¬ wünschte Endform der Bohrung. Anschließend wird mit einem Ultrakurzpuls- Laser die Wandung der Vorbohrung erweitert und präzise bearbeitet, bis die ge¬ wünschte Bohrungsform hergestellt ist. Da die Vorbohrung mit einem beliebigen Verfahren eingebracht werden kann, können schnelle Verfahren mit geringer Präzi¬ sion gewählt werden. Die Vorbohrung kann hierbei entweder ebenfalls mittels ei¬ nes Lasers oder auch mit anderen Verfahren eingebracht werden. Gemäß den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegens¬ tandes der Erfindung möglich. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Vor¬ bohrung mit Hilfe eines Langpuls-Lasers erzeugt, der deutlich längere und damit energiereichere Laserpulse aussendet als der Ultrakurzpuls-Laser. Hiermit ist es möglich, mit einem einzelnen Puls oder auch mit einigen wenigen, hintereinander ausgeführten Pulsen die Vorbohrung herzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Strahl des Ultrakurzpuls- Lasers durch eine optische Ablenkvorrichtung so ablenkbar, dass die Wandung der Vorbohrung gezielt bearbeitet werden kann. Dadurch ist eine Bearbeitung der
Vorbohrung möglich, ohne dass der Laser selbst oder das Werkstück bewegt wer¬ den müssen, was mit der nötigen Präzision nicht oder nur schwer möglich wäre. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, wenn der Laserstrahl durch die optische Vorrichtung entweder parallel versetzt wird oder um einen festen Punkt taumelt. Dadurch lassen sich verschiedene Geometrien der Bohrung herstellen, auch solche, die einen Hinterschnitt oder einen nicht konstanten Querschnitt beinhalten.
Mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens lässt sich in vorteilhafter Weise der Laserstrahl des Ultrakurzpuls-Lasers so bewegen, dass sich dadurch die Wandung einer in einem Werkstück ausgebildeten Vorbohrung bearbeiten lässt.
Dafür wird eine optische Umlenkvorrichtung verwendet, beispielsweise in Form ei¬ ner Trepanieroptik, wie sie beispielsweise aus den Schriften DE 101 05 346 Al und US 6 070 813 bekannt ist.
Es ist insbesondere auch vorteilhaft, wenn eine optische Vorrichtung vorhanden ist, die eine koaxiale Anordnung der Laserstrahlen eines Langpuls-Lasers und eines Ultrakurzpuls-Lasers ermöglicht. Dadurch kann mit Hilfe des Langpuls-Lasers die Vorbohrung herstellt werden und anschließend die Vorbohrung mit dem Ultra¬ kurzpuls-Laser bearbeitet werden, ohne dass eine Neujustierung des Lasers oder des Werkstücks nötig ist. Dafür eignet sich eine optische Vorrichtung, die einen halbdurchlässigen Spiegel umiasst, so dass die Laserstrahlen durch Reflexion am Spiegel einerseits und durch Transmission des Spiegels andererseits koaxial zuein¬ ander ausgerichtet werden können. - A -
Durch eine Umlenkvorrichtung, wie sie bereits bei der Beschreibung der Vorteile des Verfahrens erwähnt ist, lässt sich eine entsprechende Ablenkung des Laser¬ strahls erreichen, so dass auch die Ausbildung von nicht konstanten Querschnitten der Bohrung möglich ist.
Weitere Vorteile sind der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
Zeichnung
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Zwi¬ schenschritte bei der Herstellung der Bohrungen dargestellt. Es zeigt Figur 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
Figur 2 ein Werkstück mit einer darin ausgebildeten Vorbohrung, Figur 3 dasselbe Werkstück wie in Figur 2 mit der endgültigen Form der
Bohrung und
Figur 4 dieselbe Darstellung wie Figur 3, wobei der Laserstrahl gegenüber der Längsachse der Vorbohrung 5 geneigt ist.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist eine Vorrichtung zur Einbringung einer genau definierten Bohrung in ein Werkstück schematisch dargestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Ultrakurz¬ puls-Laser 10, der Laserpulse mit hoher Intensität und mit einer sehr kurzen PuIs- dauer aussenden kann. Die Pulsdauer liegt dabei vorzugsweise im Bereich von
10 fs (10~14 s) bis zu 1 ns (10~9 s), so dass der Laser bei einer entsprechenden Leis¬ tung in der Lage ist, ein Werkstück zu bearbeiten, indem Material lokal verdampft wird. Das Material wird dabei durch den Dampfdruck vom Werkstück so schnell weggeschleudert, dass eine Erwärmung der Umgebung und damit die Bildung ei- ner Schmelze unterdrückt wird. Dadurch lässt sich sehr präzise Material abtragen und entsprechende Ausnehmungen im Werkstück 1 herstellen.
Die Vorrichtung umfasst einen weiteren Laser, der als Langpuls-Laser 12 ausge¬ bildet ist. Dieser Langpuls-Laser wird ebenfalls gepulst betrieben und erzeugt La- serpulse, die eine deutlich längere Dauer haben als die vom Ultrakurzpuls-Laser 10 ausgesendeten Laserpulse. Die Pulsdauer liegt im Bereich von 1 μs bis 1 ms, so dass jeder Laserpuls verhältnismäßig viel Energie in das Werkstück einbringt. Das Material verdampft in dem durch den Laserpuls getroffenen Bereich ebenfalls, je¬ doch wird in der Umgebung durch die relativ lange Strahldauer das Material aufge- schmolzen. Mit dem Langpuls-Laser 12 lässt sich so mit einem oder mit wenigen
Laserpulsen viel Material aus dem Werkstück 1 abtragen.
Der vom Ultrakurzpuls-Laser 10 ausgesandte Ultrakurzpuls-Laserstrahl 100 trifft in seinem Verlauf zuerst auf einen Strahlunterbrecher 17, der es erlaubt, den Ultra- kurzpuls-Laserstrahl 100 zu unterbrechen, wobei der Strahlunterbrecher 17 vor¬ zugsweise elektrisch betrieben ist und eine sehr kurze Schaltzeit aufweist. Im wei¬ teren Verlauf des Ultrakurzpuls-Laserstrahls 100 trifft dieser auf einen halbdurch¬ lässigen Spiegel 14, der den Ultrakurzpuls-Laserstrahl 100 in Richtung des Werk¬ stücks umlenkt. Anschließend trifft der Ultrakurzpuls-Laserstrahl 100 auf eine op- tische Umlenkvorrichtung 20, die es erlaubt, den Laserstrahl parallel um eine Dis¬ tanz d zu versetzen, wobei diese Distanz im Bereich des halben Durchmessers der Vorbohrung 5 liegt. Beispielsweise kann hier eine Trepanieroptik eingesetzt wer¬ den.
Zur Fokussierung des Ultrakurzpuls-Laserstrahls 100 dient die zwischen der Um¬ lenkvorrichtung 20 und dem Werkstück 1 angeordnete Fokussiereinrichtung 22, die den Ultrakurzpuls-Laserstrahl 100 auf den gewünschten Punkt des Werkstücks richtet und dort die höchste Strahlintensität erzeugt. Mit Hilfe der Fokussierein¬ richtung 22 ist auch ein weiterer Versatz oder eine Verkippung des Ultrakurzpuls- Laserstrahls 100 möglich.
Der vom Langpuls-Laser 12 ausgesandte Laserstrahl 120 passiert in seinem Ver¬ lauf, ebenso wie der Ultrakurzpuls-Laserstrahl 100, einen Strahlunterbrecher, der vom selben Typ wie der Strahlunterbrecher 17 ist. Im weiteren Verlauf trifft der Langpuls-Laserstrahl 120 auf einen Spiegel 15, der den Langpuls-Laserstrahl 120 in Richtung des Werkstücks 1 umlenkt. Der Langpuls-Laserstrahl 120 trifft im wei¬ teren Verlauf auf den halbdurchlässigen Spiegel 14 und tritt durch diesen weitge¬ hend hindurch, wobei der Langpuls-Laserstrahl 120 und der Ultrakurzpuls- Laserstrahl 100 so justiert sind, dass sie nach dem halbdurchlässigen Spiegel 14 koaxial zueinander sind. Dementsprechend passiert der Langpuls-Laserstrahl 120 ebenfalls die Umlenkvorrichtung 20 und die Fokussiereinrichtung 22, bis er schließlich auf das Werkstück trifft. Der halbdurchlässige Spiegel 14 und der Spie¬ gel 15 bilden somit eine optische Vorrichtung, um den Ultrakurzpuls-Laserstrahl 100 und den Langpuls-Laserstrahl 120 koaxial auszurichten.
Zur Ausbildung einer Bohrung im Werkstück wird mit der Vorrichtung das folgen¬ de Verfahren durchgeführt: Zuerst wird mit Hilfe des Langpuls-Lasers 12 eine Vorbohrung 5 in das Werkstück eingebracht, wie es in einer vergrößerten Darstel¬ lung in Figur 2 gezeigt ist. Dabei bleibt der Ultrakurzpuls-Laser 10 abgeschaltet bzw. der Strahlunterbrecher 17 geschlossen. Durch einen oder mehrere Laserpulse mit dem Langpuls-Laser 12 wird Material vom Werkstück verdampft, wodurch die Vorbohrung 5 gebildet wird. Durch die thermische Wirkung im Bereich der Vor¬ bohrung 5 auf das Werkstück, das beispielsweise aus Stahl besteht, entsteht eine Schmelze 8, die teilweise in der Vorbohrung 5 erstarrt und teilweise durch die Verdampfung des Materials aus der Vorbohrung 5 austritt und am Bohrungsein¬ gang abgelagert wird.
Zur weiteren Bearbeitung der Bohrung 3 wird der Langpuls-Laser 12 abgeschaltet bzw. der Strahlunterbrecher 18 geschlossen. Anschließend wird der Ultrakurzpuls- Laser 17 geöffnet, so dass der Ultrakurzpuls-Laserstrahl 100 auf das Werkstück treffen kann. Ziel der Bearbeitung mit dem Ultrakurzpuls-Laser 10 ist es, die Vor¬ bohrung 5 zu erweitern und so ihre endgültige Form zu geben. Hierzu wird die Umlenkvorrichtung 20 so eingestellt, dass der Ultrakurzpuls-Laserstrahl 100 auf den Wandbereich der Vorbohrung 5 trifft, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Durch die Funktion der Umlenkvorrichtung 20 bewegt sich die Längsachse des Ultra¬ kurzpuls-Laserstrahls 100 hier auf einem Zylinder, wie es durch die Bahn 30 in der Figur 3 angedeutet ist. Hierdurch wird die inzwischen erstarrte Schmelze 8 im Be¬ reich der Wand der Bohrung 3 abgetragen und darüber hinaus weiteres Material, bis die Bohrung 3 die gewünschte Form angenommen hat. Figur 3 zeigt zum Ver- gleich noch die Form der Vorbohrung 5, so dass der Effekt der Materialabtragung durch den Ultrakurzpuls-Laser 10 illustriert wird. Ist die gewünschte Form der Bohrung 3 schließlich hergestellt, wird der Prozess beendet.
Mit Hilfe der Umlenkvorrichtung 20 ist es auch möglich, den Ultrakurzpuls- Laserstrahl 100 um einen Winkel φ zu kippen, wie in Figur 4 dargestellt. Dadurch triffl der Ultrakurzpuls-Laserstrahl 100 nicht mehr parallel zur Längsachse der Vorbohrung 5 auf dem Werkstück 1 auf, sondern um den Winkel φ geneigt, so dass bei der Materialabtragung mit dem Ultrakurzpuls-Laser 10 eine konische Boh¬ rung 3 entsteht. Durch die Umlenkvorrichtung 20 kann der Ultrakurzpuls- Laserstrahl 100 so bewegt werden, dass er eine Taumelbewegung um einen räum¬ lich festen Punkt 25 beschreibt. Der Punkt 25 kann dabei innerhalb des Werkstücks 1 liegen oder auch außerhalb, wodurch der Verlauf des Durchmessers der Bohrung 3 beeinflussbar ist.
Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die Vorbohrung 5 nicht mit einem
Langpuls-Laser 12 herstellt wird, sondern beispielsweise durch Elektroerodieren oder mit jedem anderen Verfahren, mit dem sich entsprechende Vorbohrungen in das Werkstück einbringen lassen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, eine Bohrung mit ei¬ nem nicht-runden Querschnitt herzustellen, beispielsweise mit einem ovalen Quer¬ schnitt. Dies kann mit einem nicht konstanten Querschnitt der Bohrung über deren Länge kombiniert werden, so dass eine sehr große Vielfalt von verschiedenen Boh¬ rungen mit einem Durchmesser im Bereich von 100 μm und weniger in kurzer Zeit und damit kostengünstig hergestellt werden kann. Besonders vorteilhaft ist das
Verfahren bei metallischen Werkstücken, wie beispielsweise Stahl.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen einer Bohrung (3) in einem Werkstück (1), bei wel¬ chem Verfahren ein Ultrakurzpuls-Laser (10) eingesetzt wird, der Laserpulse mit einer sehr kurzen Pulsdauer erzeugt, gekennzeichnet durch folgende Ver¬ fahrensschritte:
- Ausbilden einer Vorbohrung (5) im Werkstück (1), wobei die Vorbohrung (5) geringere Abmessungen aufweist als die gewünschte Endform der Bohrung
(3) und eine Wandung aufweist,
- Abtragen von weiterem Material im Bereich der Wandung der Vorbohrung (5) mit dem Ultrakurzpuls-Laser (10), bis die gewünschte Form der Bohrung (3) erreicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Vorbohrung mit Hilfe eines Langpuls-
Lasers (12) ausgebildet wird, der Laserpulse mit einer im Vergleich zum Ult¬ rakurzpuls-Laser (10) langen Pulsdauer erzeugt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Vorbohrung (5) durch einen oder mehrere, hintereinander ausgeführte Laserpulse des Langpuls-Lasers (12) er- zeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Langpuls-Laser (12) Laserpul¬ se mit einer Pulsdauer von 1 μs bis 1 ms aussendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Laserpulse des Ultrakurzpuls-Lasers so kurz sind und eine so hohe Energiedichte erzeugt, dass dadurch Material vom Werkstück (1) verdampft wird, ohne dass sich die Umgebung des Werk¬ stücks (1) wesentlich erwärmt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Ultrakurzpuls-Laser Laserpulse mit einer Pulsdauer von 10 fs bis 1 ns aussendet.
7. Verfahren nach Anspruch 2 und 6, bei dem die Pulsdauer des Ultrakurzpuls- Lasers (10) wenigstens einen Faktor 1000 kleiner ist als die Pulsdauer des Langpuls-Lasers (12).
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Ultrakurzpuls-Laserstrahl (100) des Ultrakurzpuls-Lasers (10) mittels einer optischen Umlenkvorrichtung (20) ab¬ gelenkt werden kann.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Ultrakurzpuls-Laserstrahl (100) durch die optische Ablenkvorrichtung (20) parallel versetzt zu dem in die opti¬ sche Umlenkvorrichtung (20) einfallenden Strahl austritt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Ultrakurzpuls-Laserstrahl (100) des Ultrakurzpuls-Lasers (10) mittels der optischen Umlenkvorrichtung (20) so bewegt wird, dass der Ultrakurzpuls-Laserstrahl (100) um einen räumlich fes- ten Punkt (25) taumelt.
11. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Ultrakurzpuls-Laserstrahl (100) des Ultrakurzpuls-Lasers (10) die Form eines Kegels überstreicht, wobei der räum¬ lich feste Punkt (25) der Spitze des Kegels entspricht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die optische Umlenk- Vorrichtung (20) eine Trepanieroptik ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Vorbohrung (3) durch Elektroerodie¬ ren hergestellt wird.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend einen Ultrakurzpuls-Laser (10) zur Erzeugung von kurzen Laserpulsen, da- durch gekennzeichnet, dass eine optische Umlenkvorrichtung (20) vorhanden ist, die es erlaubt, den vom Ultrakurzpuls-Laser (10) erzeugten Ultrakurzpuls- Laserstrahl (100) so abzulenken, dass eine gezielte Bearbeitung der Wandung einer in einem Werkstück (1) ausgebildeten Vorbohrung (5) möglich ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, umfassend einen Langpuls-Laser (12) zur Er¬ zeugung von im Vergleich zum Ultrakurzpuls-Laser (10) langen Laserpulsen, wobei eine optische Vorrichtung (14; 15) vorhanden ist, die es erlaubt, den vom Ultrakurzpuls-Laser (10) erzeugten Ultrakurzpuls-Laserstrahl (100) und den vom Langpuls-Laser (12) erzeugten Langpuls-Laserstrahl (120) koaxial auszurichten und damit auf dieselbe Stelle des Werkstücks (1) zu richten.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei dem die optische Vorrichtung (14; 15) ei- nen halbdurchlässigen Spiegel (14) umfasst, wobei der Ultrakurzpuls- Laserstrahl (100) des Ultrakurzpuls-Lasers (10) bzw. der Langpuls-Laserstrahl (12) des Langpuls-Lasers (12) am halbdurchlässigen Spiegel (14) reflektiert wird und der Langpuls-Laserstrahl (120) des Langpuls-Lasers (12) bzw. der Ultrakurzpuls-Laserstrahl (100) des Ultrakurzpuls-Lasers (10) durch den halb- durchlässigen Spiegel (14) hindurchtritt, so dass beide Laserstrahlen (100;
120) auf dieselbe Stelle des Werkstücks (1) treffen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, bei der der Ultrakurzpuls- Laserstrahl (100) des Ultrakurzpuls-Lasers (10) durch die optische Umlenk¬ vorrichtung (20) hindurchtritt, so dass ein Winkelversatz (φ) des Ultrakurz- puls-Laserstrahls (100) bei seinem Auftreffen auf das Werkstück (1) erreicht werden kann.
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