WO2019020741A1 - Method for laser drilling or laser cutting of a workpiece with a protective liquid - Google Patents

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WO2019020741A1
WO2019020741A1 PCT/EP2018/070279 EP2018070279W WO2019020741A1 WO 2019020741 A1 WO2019020741 A1 WO 2019020741A1 EP 2018070279 W EP2018070279 W EP 2018070279W WO 2019020741 A1 WO2019020741 A1 WO 2019020741A1
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Andreas Schwenke
Claudia UNGER
Jürgen Koch
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Laser Zentrum Hannover E.V.
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    • B23K26/702Auxiliary equipment
    • B23K26/706Protective screens

Definitions

  • the invention relates to a method for laser drilling or laser cutting a workpiece, wherein emitted by a laser electromagnetic radiation strikes the workpiece and is located on a side facing away from the laser of the workpiece, a liquid in which particles are contained, so that emitted by the laser electromagnetic radiation hits the particles when the electromagnetic radiation has penetrated the workpiece.
  • pulsed lasers with high pulse energy are required. After the electromagnetic radiation emitted by these pulsed lasers has penetrated the workpiece, it constitutes a danger for further materials and / or persons located in the beam path. In particular if further material is located only a short distance from the borehole outlet side, this material will be in the Usually damaged by the emerging laser radiation.
  • the drilling or cutting process can not be stopped before the onset of damage, since the through hole in the workpiece after opening must still be brought to the required shape. The damage that occurs is unacceptable for many applications, such as laser drilling injectors or creating cooling holes in turbine blades. Even when cutting tubing with a small inner diameter, for example, in the manufacture of medical stents, the problem may occur.
  • a mate rial is arranged in the beam direction of the electromagnetic radiation behind the workpiece in order to prevent the electromagnetic radiation from causing damage.
  • solids, circulating liquids and fluids or particle suspensions come into question.
  • US Pat. No. 6,303,901 B1 it is known, for example, to arrange a monoatomic or molecular gas in the intermediate space between the material to be drilled or cut and a further material behind, which absorbs the photons of the laser radiation and thus forms a high-density plasma.
  • the gap is filled with a solid or high viscosity liquid.
  • the use of solids to trap the electromagnetic radiation has some disadvantages.
  • the cavity between the workpiece to be cut on the back must be easily accessible from the outside.
  • the intermediate solid is removed and must either be pushed or renewed.
  • the removal particles of the solid, which are replaced by the electromagnetic radiation of the laser must be easily removed from the cavity at the end of the drilling process.
  • WO 2000/69594 A1 and US Pat. No. 6,365,891 B1 suggest using a liquid in which dyestuffs are present. These dyes can be chosen so that they absorb in particular photons having the wavelength of the laser light. It comes in the dye molecules to an electronic excitation, in which electrons are raised to higher energy levels. The disadvantage, however, is that such dyes fade relatively quickly and become transparent to the electromagnetic radiation of the laser. In addition, they usually have only a relatively small absorption cross-section.
  • microparticles may be contained in the liquid which scatter the incident laser light and so reduce the energy density of the electromagnetic radiation, so that it is no longer sufficient, in particular in combination with the absorption by the dye to remove material in undesirable places.
  • the particle concentration in the liquid must be very high. This leads to a high viscosity, which prevents a high flow velocity in narrow cavities.
  • This has the disadvantage, on the one hand, that the highly viscous liquid is difficult to remove from, in particular, narrow cavities, and, on the other hand, if the flow velocity is low, there is a risk that the electromagnetic radiation locally vaporizes the liquid and thus no longer provides protection in this area lying materials. It creates bubbles through which the laser radiation can pass almost unhindered.
  • spherical gold nanoparticles having a particle size of 3 nm to 10 nm excellently absorb in the laser wavelength range of 515 nm to 532 nm, but do not provide any backspace protection for near-infrared laser wavelengths such as 1030 nm and 1064 nm.
  • near-infrared laser wavelengths such as 1030 nm and 1064 nm.
  • classic laser wavelengths for cutting and drilling are in the near-infrared range.
  • Larger gold nanoparticles with a diameter of about 100 nm to 150 nm have a collective absorption of electromagnetic radiation with a wavelength of about 1000 nm to 1 100 nm.
  • gold nanoparticles are fragmented by the absorbed energy into smaller nanoparticles with a diameter of one nm to 20 nm, so that the larger gold nanoparticles with their diameter of 100 nm to 150 nm do not provide stable backspace protection.
  • the invention is therefore based on the object, a method according to the preamble of claim 1 such as known from DE 10 2013 212 665, so further develop that for electromagnetic radiation in the near infrared region at wavelengths of, for example, 1030 nm and 1064 nm as well as electromagnetic radiation in the green visible region at wavelengths of, for example, 515 nm and 532 nm, a time-stable back space protection is possible.
  • a time-stable back space protection is possible.
  • This is advantageous because, for example, pulsed near-infrared lasers are converted by additional structures to a frequency-doubled laser.
  • it is therefore of great advantage to use a material as back space protection, which covers both wavelength ranges stable over time.
  • the invention achieves the stated object by a method according to the preamble of claim 1, characterized in that the particles contain nanoparticles of a first material which are adsorbed on microparticles, wherein the microparticles are aggregated nanoparticles of a second material.
  • microparticles and nanoparticles are responsible for the absorption of the electromagnetic radiation and the microparticles for the scattering of the radiation.
  • the arrangement of nanoparticles on scattering micro-particles can already be found in DE 10 2013 212 665 A1.
  • microparticles that are aggregated nanoparticles are used in the present invention. This solution has some surprising advantages. First of all, it is surprising that such aggregated nanoparticles, which form microparticles that are hit by the incident electromagnetic radiation of the pulsed laser, survive this radiation unscathed.
  • the first material is different from the second material.
  • the electromagnetic radiation has a wavelength between at least 500 nm and at most 1 100 nm, preferably between at least 1030 nm and at most 1064 nm.
  • the first material is a metal, preferably gold, silver, platinum, palladium or copper, in particular in the form of copper selenide, or carbon, in particular in the form of carbon black, which is also referred to as "carbon", or a Selenide, especially copper selenide, or sulfite.
  • the material may contain or consist of all or a combination thereof.
  • the optimal material can be matched to the shape, in particular the geometric contour of the nanoparticles and, of course, the laser wave length to be absorbed.
  • At least a predominant proportion of the nanoparticles of the first material preferably all nanoparticles of the first material, have a particle size between 1 nm and 99 nm, preferably between 2 nm and 50 nm.
  • the second material contains titanium dioxide, aluminum dioxide, silicon dioxide, silicon carbide, barium sulfate, calcium phosphate or zinc oxide, or consists thereof or of a combination of several of the substances mentioned.
  • the liquid is water or oil, especially a mineral oil. It is also possible to use natural, for example vegetable oils or mixtures of different oils. In particular, for static processes in which the liquid is not or hardly moved and thus long influenced by the electromagnetic radiation, the use of an oil has proven to be advantageous because water evaporates through the incident laser energy which greatly reduces or completely destroys the protective effect.
  • the microparticles have an average size of between 0.1 and 10 ⁇ m, preferably between 0.2 ⁇ m and 0.4 ⁇ m, preferably of 0.3 ⁇ m, and preferably have the nanoparticles of the second material have a particle size between 1 nm and 99 nm.
  • the concentration of microparticles in the liquid is between 50 mg / ml and 500 mg / ml, preferably between 100 mg / ml and 200 mg / ml.
  • a proportion of the first material to a total amount of the particles contained in the liquid less than 30 mass percent, preferably between 3 and 15 percent by mass, particularly preferably 5 percent by mass.
  • the microparticles are produced by dispersing aggregated, powdery nanoparticles of the second material by the use of ultrasound in the liquid and preferably present as nanoparticle aggregates having an average particle size in the range of 0.3 ⁇ m.
  • the invention moreover achieves the stated object by a liquid for use in such a method, which is characterized in that it contains particles which contain nanoparticles of a first material which are adsorbed on microparticles, the microparticles being aggregated nanoparticles of the second material are.
  • the inventive configuration of the method and the liquid ensures that the liquid contains a large number, preferably only, of microparticles, and hardly or preferably no nanoparticles are contained which are not adsorbed on microparticles. As a result, a better separability of the particles contained after drilling or cutting is optionally achieved.
  • the preferably used aggregated nanoparticles which form the microparticles of the second material are preferably composed of nanoparticles having a primary particle size between 1 nm and 99 nm.
  • the term "aggregate" describes firmly interconnected primary particles, which can not be broken by the use of known methods, such as ultrasound.
  • FIG. 1 shows the schematic representation of back wall damage during laser drilling
  • FIG. 2 shows the transmitted laser power as a function of time when carrying out a method according to a first exemplary embodiment of the present invention
  • Figure 4 the transmitted laser power as a function of time for different test liquids and.
  • Figure 5 the schematic representation of different particles in different liquids.
  • FIG. 1 shows a workpiece 2, inside which a cavity 4 is located.
  • a through hole 6 is to be drilled, for which purpose a front side 8 of the workpiece 2 is irradiated with laser radiation 10.
  • the through-hole 6 is already opened, so that the laser radiation 10 penetrates into the workpiece 2.
  • the laser radiation 10 strikes a back space material 12 in the rear space and leads to damage 14. This is to be avoided with the method according to the present invention.
  • FIG. 2 shows an irradiation time in seconds on the x-axis. It is the duration that the liquid in which the particles are contained is irradiated with the laser's electro-magnetic radiation.
  • the transmitted power is plotted in mW.
  • a picosecond laser with a wavelength of 1 .030nm, a repetition rate of 200kHz and a pulse duration of 7ps was used.
  • the beam of the laser has a diameter of 3mm, the maximum power of the laser is 50W.
  • the diagrams shown were produced at a laser power of 35%, ie an irradiated power of 17.5W.
  • the laser beam focused passed through a cuvette with 2mm path length. The cuvette stood at a distance of 50mm to the focal point.
  • the illustration shown in FIG. 2 shows the transmitted laser power as a function of the irradiation duration.
  • the liquid used was water.
  • the first material of the nanoparticles was copper selenide, the second material titanium dioxide.
  • the transmitted laser power is close to 0 mW and the liquid offers excellent backspace protection.
  • the transmitted laser power increases sharply. Since the fluid can not move in the test cuvette, it is therefore a static experimental setup. Therefore, the liquid, so the water begins to evaporate in this temporal range, whereby the back space protection is greatly weakened and therefore the transmitted laser power increases sharply.
  • colloids of the nanoparticles of the first material are first mixed with water.
  • these have an average particle size of about 10 nm.
  • a second starting liquid which is also water
  • aggregates which are composed of titanium dioxide nanoparticles and have a mean aggregate size of 0.3 ⁇ used.
  • This second part-liquid is added to the first part-liquid, which contains the copper selenide particles contained in water, and shaken. It comes without further action to adsorb the copper selenide nanoparticles on the surface of the Titanium dioxide. After adsorption, preferably no free nanoparticles are found in the solution. The adsorption is advantageously 100%.
  • the particle concentration is 100 mg / nnl.
  • Figure 3 also shows the transmitted laser power on the y-axis in mW as a function of the irradiation time in seconds, when irradiated with a picosecond laser having a wavelength of 1030 nm.
  • the particles used are gold nanoparticles adsorbed on microparticles of titanium dioxide are.
  • a solid line shows the result of a first test liquid in which the liquid is water.
  • the dashed line represents a second test liquid in which the liquid is oil. It can be clearly seen that with short irradiation times, a similarly good, namely almost complete absorption of the laser power is ensured.
  • the liquid which has water as a base liquid, begins to fade, as it evaporates due to the strong absorption of the irradiated laser power. Oil has a much higher boiling point than water, so the spillway protection will last longer. It should be noted that in all the embodiments shown, the evaporation of the liquid water can be avoided when a dynamic system is used, that is, the water is in motion. This is by the low viscosity quite possible and of great advantage.
  • FIG. 4 again shows the transmitted laser power in mW as a function of the irradiation time in seconds, in the case of irradiation with a picosecond laser having a wavelength of 1030 nm.
  • the result of a test fluid which is not nanoparticles of the first material but exclusively microparticles is shown by a solid line which are aggregated nanoparticles of titanium dioxide. Not shown is the result of exclusively gold nanoparticles in water with an average particle size of 10 nm and a concentration of 4 mg / ml. In this liquid, the transmitted laser power is over one watt, so that no effective backspace protection is achieved.
  • a dashed line shows the result for a test liquid containing gold nanoparticles in addition to these microparticles.
  • the test fluid was supplemented with a relatively large amount of sodium citrate, so that adsorption of the gold nanoparticles on the surface of the titanium dioxide was prevented. Only with the dotted line, the result for a liquid is shown, which can be used in a method according to the invention. It contains 50 mg / ml particles, which consist of 1 .5 mg / ml gold nanoparticles with a mean size of 10 nm, which are arranged on 48.5 mg / ml microparticles with an average particle size of 0.3 ⁇ of aggregated titanium dioxide nanoparticles ,
  • FIG. 5 schematically shows different particle configurations.
  • three microparticles 16 are shown, each of which is aggregated from nanoparticles 18 of a second material.
  • additional nanoparticles 20 of a first material have been added to this microparticle 16, but these are arranged side by side in isolation.
  • a liquid is shown schematically, as it can be used in a method according to an embodiment of the present invention.
  • the nanoparticles 20 of the first material are absorbed on the microparticles 16 of nanoparticles 18 of the second material.

Abstract

The invention relates to a method for laser drilling or laser cutting of a workpiece (2), wherein electromagnetic radiation (10) emitted by a laser strikes the workpiece (2) and a liquid is situated on the side of the workpiece (2) facing away from the laser, said liquid containing particles such that the electromagnetic radiation (10) emitted by the laser strikes the particles once the electromagnetic radiation (10) has penetrated through the workpiece (2), wherein the particles contain nanoparticles of a first material, which are adsorbed on microparticles, wherein the microparticles are aggregated nanoparticles of a second material.

Description

VERFAHREN ZUM LASERBOHREN ODER LASERSCHNEIDEN EINES  METHOD FOR LASER DRILLING OR LASER CUTTING ONE
WERKSTÜCKS MIT EINER SCHUTZFLÜSSIGKEIT  WORKPIECES WITH A PROTECTIVE LIQUID
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserbohren oder Laserschneiden eines Werkstückes, wobei von einem Laser ausgesandte elektromagnetische Strahlung auf das Werkstück trifft und sich an einer dem Laser abgewandten Seite des Werkstückes eine Flüssigkeit befindet, in der Partikel enthalten sind, so dass die von dem Laser ausgesandte elektromagnetische Strahlung auf die Partikel trifft, wenn die elektromagnetische Strahlung das Werkstück durchdrungen hat. The invention relates to a method for laser drilling or laser cutting a workpiece, wherein emitted by a laser electromagnetic radiation strikes the workpiece and is located on a side facing away from the laser of the workpiece, a liquid in which particles are contained, so that emitted by the laser electromagnetic radiation hits the particles when the electromagnetic radiation has penetrated the workpiece.
Um Bohrungen mit hohem Aspektverhältnis und sehr guter Kantenqualität mittels Laser in wirtschaftlicher Prozesszeit zu erzeugen, sind gepulste Laser mit hoher Pulsenergie erforderlich. Nachdem die von diesen gepulsten Lasern ausgesandte elektromagnetische Strahlung das Werkstück durchdrungen hat, stellt sie für weitere sich im Strahlengang befindliche Materialien und/oder Personen eine Gefahr dar. Insbesondere wenn sich gegenüber der Bohrlochaustrittsseite in nur geringem Abstand weiteres Material befindet, wird dieses Material in der Regel durch die austretende Laserstrahlung geschädigt. Der Bohr- oder Schneidprozess kann nicht vor dem Ein-treten der Schädigung abgebrochen werden, da das Durchgangsloch im Werkstück nach dem Öffnen noch auf die geforderte Form gebracht werden muss. Die auftretenden Schäden sind für viele Anwendungen, wie das Laserbohren von Einspritzdüsen oder das Erzeugen von Kühlbohrungen in Turbinenschaufeln, nicht hinnehmbar. Auch beim Schneiden von Rohrmaterial mit geringem Innendurchmesser, beispiels-weise bei der Herstellung medizinischer Stents, kann das Problem auftreten. To produce holes with high aspect ratio and very good edge quality by laser in an economical process time, pulsed lasers with high pulse energy are required. After the electromagnetic radiation emitted by these pulsed lasers has penetrated the workpiece, it constitutes a danger for further materials and / or persons located in the beam path. In particular if further material is located only a short distance from the borehole outlet side, this material will be in the Usually damaged by the emerging laser radiation. The drilling or cutting process can not be stopped before the onset of damage, since the through hole in the workpiece after opening must still be brought to the required shape. The damage that occurs is unacceptable for many applications, such as laser drilling injectors or creating cooling holes in turbine blades. Even when cutting tubing with a small inner diameter, for example, in the manufacture of medical stents, the problem may occur.
Um das hinter dem Bohrloch bzw. Schneidloch liegende Material zu schützen, sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Vorgehensweisen bekannt. In allen wird in Strahlrichtung der elektromagnetischen Strahlung hinter dem Werkstück ein Mate-rial angeordnet, um die elektromagnetische Strahlung daran zu hindern, Schaden anzurichten. Prinzipiell kommen Feststoffe, zirkulierende Flüssigkeiten und Fluide oder Partikelsuspensionen in Frage. Aus der US 6,303,901 B1 ist es beispielsweise bekannt, in den Zwischenraum zwischen dem zu bohrenden oder zu durchtrennenden Material und einem rückseitigen weiteren Material ein monoatomares oder molekulares Gas anzuordnen, das die Photonen der Laserstrahlung absorbiert und so ein hochdichtes Plasma bildet. In einer anderen Ausführungsform ist der Zwischenraum mit einem Festkörper oder hochviskosen Flüssigkeit gefüllt. In order to protect the material located behind the borehole or cutting hole, different approaches are known from the prior art. In all, a mate rial is arranged in the beam direction of the electromagnetic radiation behind the workpiece in order to prevent the electromagnetic radiation from causing damage. In principle, solids, circulating liquids and fluids or particle suspensions come into question. From US Pat. No. 6,303,901 B1 it is known, for example, to arrange a monoatomic or molecular gas in the intermediate space between the material to be drilled or cut and a further material behind, which absorbs the photons of the laser radiation and thus forms a high-density plasma. In another embodiment, the gap is filled with a solid or high viscosity liquid.
Insbesondere die Verwendung von Feststoffen zum Abfangen der elektromagnetischen Strahlung ist mit einigen Nachteilen verbunden. Um derartige Feststoffe, beispielsweise Keramikstäbe oder -platten, verwenden zu können, muss der Hohlraum zwischen dem zu durchtrennenden Werkstück auf der Rückseite leicht von außen erreichbar sein. Zudem wird der zwischengelagerte Feststoff abgetragen und muss entweder nachgeschoben oder erneuert werden. Außerdem müssen die Abtragpartikel des Feststoffes, die durch die elektromagnetische Strahlung des Lasers abgelöst werden, am Ende des Bohrprozesses leicht aus dem Hohlraum entfernbar sein. In particular, the use of solids to trap the electromagnetic radiation has some disadvantages. In order to use such solids, such as ceramic rods or plates, the cavity between the workpiece to be cut on the back must be easily accessible from the outside. In addition, the intermediate solid is removed and must either be pushed or renewed. In addition, the removal particles of the solid, which are replaced by the electromagnetic radiation of the laser must be easily removed from the cavity at the end of the drilling process.
Aus der WO 2007/089469 A2 ist es bekannt, den Zwischenraum mit einem trockenen, stabilen Pulver, beispielsweise Aluminiumoxidpulver, zu füllen. Dabei wird die Größe der einzelnen Partikel zwischen 10μηη und 1 .ΟΟΟμιτι gewählt. Auch bei dieser Lösung muss jedoch das Pulver nach dem Bohren aus dem Hohlraum entfernt und für die nächste Bohrung gegebenenfalls frisches Pulver nachgefüllt werden. From WO 2007/089469 A2 it is known to fill the intermediate space with a dry, stable powder, for example aluminum oxide powder. The size of the individual particles is chosen between 10μηη and 1 .ΟΟΟμιτι. Even with this solution, however, the powder has to be removed from the cavity after drilling and, if necessary, fresh powder must be replenished for the next drilling.
Die WO 2000/69594 A1 sowie die US 6,365,891 B1 schlagen dagegen vor, eine Flüssigkeit zu verwenden, in der Farbstoffe vorhanden sind. Diese Farbstoffe können dabei so gewählt werden, dass sie insbesondere Photonen, die die Wellenlänge des Laserlichtes aufweisen, absorbieren. Dabei kommt es in den Farbstoffmolekülen zu einer elektronischen Anregung, bei der Elektronen in höhere Energieniveaus angehoben werden. Nachteilig ist jedoch, dass derartige Farbstoffe relativ schnell ausbleichen und für die elektromagnetische Strahlung des Lasers transparent werden. Zu-dem verfügen sie in der Regel nur über einen relativ geringen Absorptionsquer-schnitt. On the other hand, WO 2000/69594 A1 and US Pat. No. 6,365,891 B1 suggest using a liquid in which dyestuffs are present. These dyes can be chosen so that they absorb in particular photons having the wavelength of the laser light. It comes in the dye molecules to an electronic excitation, in which electrons are raised to higher energy levels. The disadvantage, however, is that such dyes fade relatively quickly and become transparent to the electromagnetic radiation of the laser. In addition, they usually have only a relatively small absorption cross-section.
Zusätzlich zu den Farbstoffen können Mikropartikel in der Flüssigkeit enthalten sein, die das einfallende Laserlicht streuen und so die Energiedichte der elektromagnetischen Strahlung verringern, so dass sie insbesondere in Kombination mit der Ab-sorption durch den Farbstoff nicht mehr ausreichend ist, um an unerwünschten Stellen Material abzutragen. Dazu muss jedoch die Partikelkonzentration in der Flüssigkeit sehr hoch sein. Dies führt zu einer hohen Viskosität, die eine hohe Fließgeschwindigkeit in engen Hohlräumen verhindert. Dies hat zum einen den Nachteil, dass die hochviskose Flüssigkeit nur schwer aus insbesondere engen Hohlräumen wieder entfernt werden kann, und zum anderen besteht bei geringen Fließgeschwindigkeit die Gefahr, dass die elektromagnetische Strahlung die Flüssigkeit lokal verdampft und somit in diesem Bereich kein Schutz mehr für dahinter liegende Materialien besteht. Es entstehen Blasen, durch die die Laserstrahlung nahezu ungehindert hindurchtreten kann. In addition to the dyes, microparticles may be contained in the liquid which scatter the incident laser light and so reduce the energy density of the electromagnetic radiation, so that it is no longer sufficient, in particular in combination with the absorption by the dye to remove material in undesirable places. For this, however, the particle concentration in the liquid must be very high. This leads to a high viscosity, which prevents a high flow velocity in narrow cavities. This has the disadvantage, on the one hand, that the highly viscous liquid is difficult to remove from, in particular, narrow cavities, and, on the other hand, if the flow velocity is low, there is a risk that the electromagnetic radiation locally vaporizes the liquid and thus no longer provides protection in this area lying materials. It creates bubbles through which the laser radiation can pass almost unhindered.
Die DE 10 2013 212 665 schlägt daher vor, als Rückraumschutz eine Flüssigkeit zu verwenden, in der Nanopartikel enthalten sind, in denen der überwiegende Teil der elektromagnetischen Strahlung in kollektiven Anregungen, beispielsweise Plasmonen, absorbiert wird. DE 10 2013 212 665 proposes, therefore, to use as back-room protection a liquid in which nanoparticles are contained, in which the predominant part of the electromagnetic radiation is absorbed in collective excitations, for example plasmons.
So absorbieren zum Beispiel sphärische Goldnanopartikel mit einer Partikelgröße von 3 nm bis 10 nm hervorragend im Laserwellenlängenbereich von 515 nm bis 532 nm, ermöglichen jedoch keinerlei Rückraumschutz für Laserwellenlängen im Nahinfrarotbereich, beispielsweise bei 1030 nm und 1064 nm. Klassische Laserwellenlängen zum Schneiden und Bohren liegen jedoch im Nahinfrarotbereich. Größere Goldnanopartikel mit einem Durchmesser von circa 100 nm bis 150 nm weisen eine kollektive Absorption von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge von ca. 1000 nm bis 1 100 nm auf. Diese Goldnanopartikel werden jedoch durch die absorbierte Energie fragmentiert in kleinere Nanopartikel mit einem Durchmesser von einem nm bis 20 nm, sodass die größeren Goldnanopartikel mit Ihrem Durchmesser von 100 nm bis 150 nm keinen zeitlich stabilen Rückraumschutz ermöglichen. For example, spherical gold nanoparticles having a particle size of 3 nm to 10 nm excellently absorb in the laser wavelength range of 515 nm to 532 nm, but do not provide any backspace protection for near-infrared laser wavelengths such as 1030 nm and 1064 nm. However, classic laser wavelengths for cutting and drilling are in the near-infrared range. Larger gold nanoparticles with a diameter of about 100 nm to 150 nm have a collective absorption of electromagnetic radiation with a wavelength of about 1000 nm to 1 100 nm. These gold nanoparticles, however, are fragmented by the absorbed energy into smaller nanoparticles with a diameter of one nm to 20 nm, so that the larger gold nanoparticles with their diameter of 100 nm to 150 nm do not provide stable backspace protection.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wie Beispielsweise aus der DE 10 2013 212 665 bekannt, so weiter zu entwickeln, dass sowohl für elektromagnetische Strahlungen im Nahinfrarotbereich bei Wellenlängen von beispielsweise 1030 nm und 1064 nm als auch für elektromagnetische Strahlung im grünen sichtbaren Bereich bei Wellenlängen von beispielsweise 515 nm und 532 nm ein zeitlich stabiler Rückraumschutz ermöglicht wird. Dies ist von Vorteil, da beispielsweise gepulste Nahinfrarotlaser durch Zusatz-aufbauten zu einem Frequenzverdoppelten Laser umgerüstet werden. Für industriel-le Anwendungen ist es daher von großem Vorteil, ein Material als Rückraumschutz einzusetzen, welches beide Wellenlängenbereiche zeitlich stabil abdeckt. The invention is therefore based on the object, a method according to the preamble of claim 1 such as known from DE 10 2013 212 665, so further develop that for electromagnetic radiation in the near infrared region at wavelengths of, for example, 1030 nm and 1064 nm as well as electromagnetic radiation in the green visible region at wavelengths of, for example, 515 nm and 532 nm, a time-stable back space protection is possible. This is advantageous because, for example, pulsed near-infrared lasers are converted by additional structures to a frequency-doubled laser. For industriel-le applications, it is therefore of great advantage to use a material as back space protection, which covers both wavelength ranges stable over time.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , dass sich dadurch auszeichnet, dass die Partikel Nanopartikel eines ersten Materials enthalten, die auf Mikropartikeln adsorbiert sind, wobei die Mikropartikel aggregierte Nanopartikel eines zweiten Materials sind. The invention achieves the stated object by a method according to the preamble of claim 1, characterized in that the particles contain nanoparticles of a first material which are adsorbed on microparticles, wherein the microparticles are aggregated nanoparticles of a second material.
Das Zusammenwirken von Mikropartikeln und Nanopartikeln in einer einzigen Suspension ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die Nanopartikel sind dabei für die Absorption der elektromagnetischen Strahlung und die Mikropartikel für die Streuung der Strahlung verantwortlich. Die Anordnung von Nanopartikeln auf streuende Mikro-partikeln ist bereits der DE 10 2013 212 665 A1 zu entnehmen. Anders als bei dieser Lösung aus dem Stand der Technik werden erfindungsgemäß jedoch Mikropartikel verwendet, die aggregierte Nanopartikel sind. Diese Lösung hat einige überraschen-de Vorteile. Zunächst überrascht, dass derartige aggregierte Nanopartikel, die Mikropartikel bilden, durch die einfallende elektromagnetische Strahlung des gepulsten Lasers getroffen werden, diese Strahlung unbeschadet überstehen. Zudem ergibt sich überraschenderweise, dass die bisher aus dem Stand der Technik bekannte Teilung der Aufgaben in Absorption der elektromagnetischen Strahlung durch die Nanopartikel und Streuung der elektromagnetischen Strahlung durch die Mikropartikel durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung offenbar nicht aufrecht erhalten bleibt. Vielmehr hat sich beispielsweise gezeigt, dass Nanopartikel aus Gold, die eine Plasmonenresonanz bei einer Energie zeigen, die einer elektromagnetischen Strahlung einer Wellenlänge von unter 600 nm entspricht, in einem erfindungsgemäßen Verfahren hervorragende Rückraum- schutzeigenschaften auch bei elektromagnetischer Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 1 .030 nm zeigt. Es kann folglich Laserstrahlung absorbiert werden, für die die Nanopartikel allein nicht geeignet wären. The interaction of microparticles and nanoparticles in a single suspension is known in the art. The nanoparticles are responsible for the absorption of the electromagnetic radiation and the microparticles for the scattering of the radiation. The arrangement of nanoparticles on scattering micro-particles can already be found in DE 10 2013 212 665 A1. Unlike this prior art solution, however, microparticles that are aggregated nanoparticles are used in the present invention. This solution has some surprising advantages. First of all, it is surprising that such aggregated nanoparticles, which form microparticles that are hit by the incident electromagnetic radiation of the pulsed laser, survive this radiation unscathed. In addition, it is surprisingly found that the previously known from the prior art division of the tasks in the absorption of electromagnetic radiation by the nanoparticles and scattering of the electromagnetic radiation by the microparticles by the inventive design does not appear to be maintained. Rather, it has been found, for example, that nanoparticles of gold, which exhibit a plasmon resonance at an energy that corresponds to an electromagnetic radiation of a wavelength of less than 600 nm, in a method according to the invention have excellent backspace characteristics. protective properties even with electromagnetic laser radiation having a wavelength of 1 .030 nm shows. Consequently, laser radiation can be absorbed for which the nanoparticles alone would not be suitable.
Vorteilhafterweise ist das erste Material verschieden vom zweiten Material. Advantageously, the first material is different from the second material.
Vorzugsweise weist die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge zwischen von mindestens 500 nm und höchstens 1 100 nm, bevorzugt zwischen mindestens 1030 nm und höchstens 1064 nm auf. Preferably, the electromagnetic radiation has a wavelength between at least 500 nm and at most 1 100 nm, preferably between at least 1030 nm and at most 1064 nm.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das erste Material ein Metall, vorzugsweise Gold, Silber, Platin, Palladium oder Kupfer, insbesondere in Form von Kupfer- selenid, oder Kohlenstoff, insbesondere in Form von Ruß, der auch als "Carbon" bezeichnet wird, oder ein Selenid, insbesondere Kupferselenid, oder Sulfit. Das Material kann alle die genannten Stoffe enthalten oder daraus oder aus einer Kombination mehrerer davon bestehen. Das optimale Material kann auf die Form, insbesondere die geometrische Kontur der Nanopartikel und natürlich die zu absorbierende Laserwellen-Iänge abgestimmt werden. In a preferred embodiment, the first material is a metal, preferably gold, silver, platinum, palladium or copper, in particular in the form of copper selenide, or carbon, in particular in the form of carbon black, which is also referred to as "carbon", or a Selenide, especially copper selenide, or sulfite. The material may contain or consist of all or a combination thereof. The optimal material can be matched to the shape, in particular the geometric contour of the nanoparticles and, of course, the laser wave length to be absorbed.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest ein überwiegender Anteil der Nanopartikel des ersten Materials, bevorzugt alle Nanopartikel des ersten Materials eine Partikelgröße zwischen 1 nm und 99 nm , bevorzugt zwischen 2 nm und 50 nm auf. In a preferred embodiment, at least a predominant proportion of the nanoparticles of the first material, preferably all nanoparticles of the first material, have a particle size between 1 nm and 99 nm, preferably between 2 nm and 50 nm.
Vorteilhafterweise enthält das zweite Material Titandioxid, Aluminiumdioxid, Sili- zium-dioxid, Siliziumcarbit, Bariumsulfat, Kalziumphosphat oder Zinkoxid oder besteht dar-aus oder aus einer Kombination mehrerer der genannten Stoffe. Advantageously, the second material contains titanium dioxide, aluminum dioxide, silicon dioxide, silicon carbide, barium sulfate, calcium phosphate or zinc oxide, or consists thereof or of a combination of several of the substances mentioned.
Vorzugsweise ist die Flüssigkeit Wasser oder Öl, insbesondere ein Mineralöl. Es können auch natürliche, beispielsweise pflanzliche Öle oder Mischungen verschiedener Öle verwendet werden. Insbesondere für statische Verfahren, bei denen sich die Flüssigkeit nicht oder kaum bewegt und damit lange durch die elektromagnetische Strahlung beeinflusst wird, hat sich die Verwendung eines Öles als vorteilhaft erwiesen, da Wasser durch die eingestrahlte Laserenergie verdampft werden kann, wodurch die Schutzwirkung stark eingeschränkt wird oder vollständig verfällt. Preferably, the liquid is water or oil, especially a mineral oil. It is also possible to use natural, for example vegetable oils or mixtures of different oils. In particular, for static processes in which the liquid is not or hardly moved and thus long influenced by the electromagnetic radiation, the use of an oil has proven to be advantageous because water evaporates through the incident laser energy which greatly reduces or completely destroys the protective effect.
Vorteilhafterweise verfügen die Mikropartikel über eine mittlere Größe zwischen 0,1 m und 10μηη, bevorzugt zwischen 0,2μηη und 0,4μηη, bevorzugt von 0,3μηη und weisen bevorzugt die Nanopartikel des zweiten Materials eine Partikelgröße zwischen 1 nm und 99 nm aufweisen. Advantageously, the microparticles have an average size of between 0.1 and 10 μm, preferably between 0.2 μm and 0.4 μm, preferably of 0.3 μm, and preferably have the nanoparticles of the second material have a particle size between 1 nm and 99 nm.
Vorteilhafterweise ist die Konzentration der Mikropartikel in der Flüssigkeit zwischen 50mg/ml und 500 mg/ml, bevorzugt zwischen 100mg/ml und 200mg/ml. Advantageously, the concentration of microparticles in the liquid is between 50 mg / ml and 500 mg / ml, preferably between 100 mg / ml and 200 mg / ml.
Vorzugsweise beträgt ein Anteil des ersten Materials an einer Gesamtmenge der in der Flüssigkeit enthaltenen Partikel weniger als 30 Massenprozent, bevorzugt zwischen 3 und 15 Massenprozent, besonders bevorzugt 5 Massenprozent. Preferably, a proportion of the first material to a total amount of the particles contained in the liquid less than 30 mass percent, preferably between 3 and 15 percent by mass, particularly preferably 5 percent by mass.
In einer besonders einfachen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Mikropartikel erzeugt, indem aggregierte, pulvrige Nanopartikel des zweiten Materials durch den Einsatz von Ultraschall in der Flüssigkeit dispergiert werden und bevorzugt als Nanopartikelaggregate mit einer mittleren Partikelgröße im Bereich von 0,3 μιτι vorliegen. In a particularly simple embodiment of the method, the microparticles are produced by dispersing aggregated, powdery nanoparticles of the second material by the use of ultrasound in the liquid and preferably present as nanoparticle aggregates having an average particle size in the range of 0.3 μm.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe zudem durch eine Flüssigkeit zum Verwenden in einem derartigen Verfahren, die sich dadurch auszeichnet, dass sie Partikel enthält, die Nanopartikel eines ersten Materials enthalten, die auf Mikro- partikeln adsorbiert sind, wobei die Mikropartikel aggregierte Nanopartikel des zweiten Materials sind. The invention moreover achieves the stated object by a liquid for use in such a method, which is characterized in that it contains particles which contain nanoparticles of a first material which are adsorbed on microparticles, the microparticles being aggregated nanoparticles of the second material are.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens und der Flüssigkeit wird erreicht, dass die Flüssigkeit eine Vielzahl, bevorzugt nur noch, von Mikropar- tikeln enthält, und kaum oder vorzugsweise keine Nanopartikel enthalten sind, die nicht auf Mikropartikeln adsorbiert sind. Dadurch wird gegebenenfalls eine bessere Trennbarkeit der nach dem Bohren oder Schneiden enthaltenen Partikel erreicht. Die vorzugsweise verwendeten aggregierten Nanopartikel, die die Mikropartikel des zweiten Materials bilden, sind vorzugsweise aus Nanopartikeln mit einer Primärpartikelgröße zwischen 1 nm und 99 nm zusammengesetzt. Der Begriff "Aggregat" beschreibt dabei fest miteinander verbundene Primärpartikel, welche sich durch den Einsatz von bekannten Verfahren, wie beispielsweise Ultraschall, nicht aufbrechen lassen. The inventive configuration of the method and the liquid ensures that the liquid contains a large number, preferably only, of microparticles, and hardly or preferably no nanoparticles are contained which are not adsorbed on microparticles. As a result, a better separability of the particles contained after drilling or cutting is optionally achieved. The preferably used aggregated nanoparticles which form the microparticles of the second material are preferably composed of nanoparticles having a primary particle size between 1 nm and 99 nm. The term "aggregate" describes firmly interconnected primary particles, which can not be broken by the use of known methods, such as ultrasound.
Mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt: With the aid of the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be explained in more detail below. It shows:
Figur 1 - die schematische Darstellung einer Rückwandschädigung beim Laserbohren, FIG. 1 shows the schematic representation of back wall damage during laser drilling;
Figur 2 - die transmittierte Laserleistung als Funktion der Zeit bei der Durchführung eines Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, FIG. 2 shows the transmitted laser power as a function of time when carrying out a method according to a first exemplary embodiment of the present invention,
Figur 3 - die transmittierte Laserleistung als Funktion der Zeit für unterschiedliche verwendete Flüssigkeiten, und Figure 3 - the transmitted laser power as a function of time for different fluids used, and
Figur 4 - die transmittierte Laserleistung als Funktion der Zeit für unterschiedliche Testflüssigkeiten und. Figure 4 - the transmitted laser power as a function of time for different test liquids and.
Figur 5 - die schematische Darstellung unterschiedlicher Partikel in verschiedene Flüssigkeiten. Figure 5 - the schematic representation of different particles in different liquids.
Figur 1 zeigt ein Werkstück 2, in dessen Innerem sich ein Hohlraum 4 befindet. In das Werkstück 2 soll eine Durchgangsbohrung 6 gebohrt werden, wozu eine Vor- der-seite 8 des Werkstücks 2 mit Laserstrahlung 10 bestrahlt wird. Im in Figur 1 gezeigten Stadium des Verfahrens ist die Durchgangsbohrung 6 bereits geöffnet, so dass die Laserstrahlung 10 bis in das Werkstück 2 durchdringt. Dabei trifft die Laserstrahlung 10 im Rückraum auf ein Rückraummaterial 12 und führt hier zu einer Schädigung 14. Dies gilt es mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Figur 2 zeigt auf der x-Achse eine Bestrahlungsdauer in Sekunden. Es handelt sich um die Dauer, die die Flüssigkeit, in der die Partikel enthalten sind, mit der elektro-magnetischen Strahlung des Lasers bestrahlt wird. Auf der Vertikalachse oder y-Achse wird die transmittierte Leistung in mW aufgetragen. Verwendet wurde ein Pikosekundenlaser mit einer Wellenlänge von 1 .030nm, einer Repetiti- onsrate von 200kHz und einer Pulsdauer von 7ps. Der Rohstrahl des Lasers hat einen Durch-messer von 3mm, die Maximalleistung des Lasers beträgt 50W. Die gezeigten Dia-gramme entstanden bei einer Laserleistung von 35%, also einer eingestrahlten Leistung von 17,5W. Dabei durchlief der Laserstrahl fokussiert (Brennweite 100mm) eine Küvette mit 2mm Weglänge. Die Küvette stand in einem Abstand von 50mm zum Fokuspunkt. Figure 1 shows a workpiece 2, inside which a cavity 4 is located. In the workpiece 2, a through hole 6 is to be drilled, for which purpose a front side 8 of the workpiece 2 is irradiated with laser radiation 10. In the stage of the method shown in FIG. 1, the through-hole 6 is already opened, so that the laser radiation 10 penetrates into the workpiece 2. In the process, the laser radiation 10 strikes a back space material 12 in the rear space and leads to damage 14. This is to be avoided with the method according to the present invention. FIG. 2 shows an irradiation time in seconds on the x-axis. It is the duration that the liquid in which the particles are contained is irradiated with the laser's electro-magnetic radiation. On the vertical axis or y-axis, the transmitted power is plotted in mW. A picosecond laser with a wavelength of 1 .030nm, a repetition rate of 200kHz and a pulse duration of 7ps was used. The beam of the laser has a diameter of 3mm, the maximum power of the laser is 50W. The diagrams shown were produced at a laser power of 35%, ie an irradiated power of 17.5W. The laser beam focused (focal length 100mm) passed through a cuvette with 2mm path length. The cuvette stood at a distance of 50mm to the focal point.
Die in Figur 2 gezeigte Darstellung zeigt die transmittierte Laserleistung als Funktion der Bestrahlungsdauer. Die verwendete Flüssigkeit war Wasser. Das erste Material der Nanopartikel war Kupferselenid, das zweite Material Titandioxid. The illustration shown in FIG. 2 shows the transmitted laser power as a function of the irradiation duration. The liquid used was water. The first material of the nanoparticles was copper selenide, the second material titanium dioxide.
Man erkennt, dass in den ersten 8 Sekunden die transmittierte Laserleistung nahe 0 mW liegt und die Flüssigkeit einen hervorragenden Rückraumschutz bietet. Nach etwa 10 Sekunden steigt die transmittierte Laserleistung stark an. Da die Flüssigkeit sich in der Testküvette nicht bewegen kann, handelt es sich folglich um einen statischen Versuchsaufbau. Daher beginnt die Flüssigkeit, also das Wasser, in diesem zeitlichen Bereich zu verdampfen, wodurch der Rückraumschutz stark geschwächt wird und daher die transmittierte Laserleistung stark ansteigt. It can be seen that in the first 8 seconds the transmitted laser power is close to 0 mW and the liquid offers excellent backspace protection. After about 10 seconds, the transmitted laser power increases sharply. Since the fluid can not move in the test cuvette, it is therefore a static experimental setup. Therefore, the liquid, so the water begins to evaporate in this temporal range, whereby the back space protection is greatly weakened and therefore the transmitted laser power increases sharply.
Zum Herstellen der Testflüssigkeit mit den darin enthaltenen Partikeln werden zunächst Kolloide der Nanopartikel des ersten Materials, vorliegend also Kupferselenid, mit Wasser gemischt. Vorzugsweise haben diese eine mittlere Partikelgröße von etwa 10 nm. In eine zweite Ausgangsflüssigkeit, die ebenfalls Wasser ist, werden Aggregate, die aus Titandioxid-Nanopartikeln zusammengesetzt sind und eine mittlere Aggregatgröße von 0,3 μιτι haben, eingesetzt. Diese zweite Teilflüssigkeit wird der ersten Teilflüssigkeit, die die in Wasser enthaltenen Kupfer- selenidpartikel enthält, hinzugegeben und geschüttelt. Dabei kommt es ohne weiteres Zutun zur Adsorption der Kupferselenid-Nanopartikel auf der Oberfläche des Titandioxids. Nach der Ad-sorption finden sich in der Lösung vorzugsweise keine freien Nanopartikel mehr. Die Adsorption verläuft vorteilhafterweise zu 100%. Die Partikelkonzentration beträgt 100mg/nnl. To prepare the test liquid with the particles contained therein, colloids of the nanoparticles of the first material, in the present case copper selenide, are first mixed with water. Preferably, these have an average particle size of about 10 nm. In a second starting liquid, which is also water, are aggregates, which are composed of titanium dioxide nanoparticles and have a mean aggregate size of 0.3 μιτι used. This second part-liquid is added to the first part-liquid, which contains the copper selenide particles contained in water, and shaken. It comes without further action to adsorb the copper selenide nanoparticles on the surface of the Titanium dioxide. After adsorption, preferably no free nanoparticles are found in the solution. The adsorption is advantageously 100%. The particle concentration is 100 mg / nnl.
Figur 3 zeigt ebenfalls die transmittierte Laserleistung auf der y-Achse in mW als Funktion der Bestrahlungsdauer in Sekunden, vorliegend bei Bestrahlung mit einem Pikosekundenlaser mit einer Wellenlänge von 1030 nm. Die Partikel, die verwendet wurden, sind Goldnanopartikel, die auf Mikropartikeln aus Titandioxid adsorbiert sind. Mit einer durchgezogenen Linie ist das Ergebnis einer ersten Testflüssigkeit dargestellt, bei der die Flüssigkeit Wasser ist. Mit der gestrichelten Linie wird eine zweite Testflüssigkeit dargestellt, bei der die Flüssigkeit Öl ist. Man erkennt deutlich, dass bei kurzen Bestrahlungsdauern eine ähnlich gute, nämlich nahezu vollständige Ab-sorption der Laserleistung gewährleisten. Erst nach etwa 10 Sekunden beginnt die Flüssigkeit, die Wasser als Grundflüssigkeit hat, nachzulassen, da sie aufgrund der starken Absorption der eingestrahlten Laserleistung verdampft. Öl weist einen wesentlich höheren Siedepunkt als Wasser auf, so dass der Rückraumschutz länger bestehen bleibt. Man beachte, dass bei allen gezeigten Ausführungsformen das Verdampfen der Flüssigkeit Wasser vermieden werden kann, wenn ein dynamisches System verwendet wird, das Wasser also in Bewegung ist. Dies ist durch die geringe Viskosität durchaus möglich und von großem Vorteil. Figure 3 also shows the transmitted laser power on the y-axis in mW as a function of the irradiation time in seconds, when irradiated with a picosecond laser having a wavelength of 1030 nm. The particles used are gold nanoparticles adsorbed on microparticles of titanium dioxide are. A solid line shows the result of a first test liquid in which the liquid is water. The dashed line represents a second test liquid in which the liquid is oil. It can be clearly seen that with short irradiation times, a similarly good, namely almost complete absorption of the laser power is ensured. Only after about 10 seconds, the liquid, which has water as a base liquid, begins to fade, as it evaporates due to the strong absorption of the irradiated laser power. Oil has a much higher boiling point than water, so the spillway protection will last longer. It should be noted that in all the embodiments shown, the evaporation of the liquid water can be avoided when a dynamic system is used, that is, the water is in motion. This is by the low viscosity quite possible and of great advantage.
Figur 4 zeigt wieder die transmittierte Laserleistung in mW als Funktion der Bestrahlungsdauer in Sekunden, vorliegend bei Bestrahlung mit einem Pikosekundenlaser mit einer Wellenlänge von 1030 nm. Mit einer durchgezogenen Linie ist das Ergebnis einer Testflüssigkeit dargestellt, die keine Nanopartikel des ersten Materials, sondern ausschließlich Mikropartikel beinhaltet, die aggregierte Nanopartikel aus Titandioxid sind. Nicht dargestellt ist das Ergebnis von ausschließlich Goldnanopartikeln in Wasser mit einer mittleren Partikelgröße von 10 nm und einer Konzentration von 4 mg/ml. Bei dieser Flüssigkeit liegt die transmittierte Laserleistung bei über einem Watt, so dass kein wirksamer Rückraumschutz erreicht wird. Mit einer gestrichelten Linie ist das Ergebnis für eine Testflüssigkeit dargestellt, die zusätzlich zu diesen Mikropartikeln Nanopartikel aus Gold beinhaltet. Der Testflüssigkeit wurde jedoch eine relativ große Menge Natriumeitrat beigefügt, so dass ein Adsorption der Goldnanopartikel an der Oberfläche des Titandioxids verhindert wurde. Erst mit der gepunkteten Linie wird das Ergebnis für eine Flüssigkeit dargestellt, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann. Sie enthält 50mg/ml Partikel, die aus 1 .5 mg/ml Goldnanopartikeln mit einer mittleren Größe von 10 nm bestehen, die auf 48,5 mg/ml Mikropartikeln mit einer mittleren Partikelgröße von 0,3 μιτι aus aggregierten Titandioxid-Nanopartikeln angeordnet sind. FIG. 4 again shows the transmitted laser power in mW as a function of the irradiation time in seconds, in the case of irradiation with a picosecond laser having a wavelength of 1030 nm. The result of a test fluid which is not nanoparticles of the first material but exclusively microparticles is shown by a solid line which are aggregated nanoparticles of titanium dioxide. Not shown is the result of exclusively gold nanoparticles in water with an average particle size of 10 nm and a concentration of 4 mg / ml. In this liquid, the transmitted laser power is over one watt, so that no effective backspace protection is achieved. A dashed line shows the result for a test liquid containing gold nanoparticles in addition to these microparticles. However, the test fluid was supplemented with a relatively large amount of sodium citrate, so that adsorption of the gold nanoparticles on the surface of the titanium dioxide was prevented. Only with the dotted line, the result for a liquid is shown, which can be used in a method according to the invention. It contains 50 mg / ml particles, which consist of 1 .5 mg / ml gold nanoparticles with a mean size of 10 nm, which are arranged on 48.5 mg / ml microparticles with an average particle size of 0.3 μιτι of aggregated titanium dioxide nanoparticles ,
Figur 5 zeigt schematisch unterschiedliche Partikelkonfigurationen. Im linken Bereich sind drei Mikropartikel 16 dargestellt, die jeweils aus Nanopartikeln 18 eines zweiten Materials aggregiert sind. Im mittleren Bereich sind zu diesem Mikropartikeln 16 zusätzlich Nanopartikel 20 eines ersten Materials hinzugefügt wurden, die jedoch nebeneinander isoliert angeordnet sind. In der rechten Darstellung ist schematisch eine Flüssigkeit gezeigt, wie sie in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Nanopartikel 20 des ersten Materials sind an den Mikropartikeln 16 aus Nanopartikeln 18 des zweiten Materials absorbiert. FIG. 5 schematically shows different particle configurations. In the left-hand area, three microparticles 16 are shown, each of which is aggregated from nanoparticles 18 of a second material. In the middle region, additional nanoparticles 20 of a first material have been added to this microparticle 16, but these are arranged side by side in isolation. In the right-hand illustration, a liquid is shown schematically, as it can be used in a method according to an embodiment of the present invention. The nanoparticles 20 of the first material are absorbed on the microparticles 16 of nanoparticles 18 of the second material.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
2 Werkstück 2 workpiece
4 Hohlraum  4 cavity
6 Durchgangsbohrung  6 through hole
8 Vorderseite  8 front side
10 Laserstrahlung  10 laser radiation
12 Rückraummaterial  12 back space material
14 Schädigung  14 damage
16 Mikropartikel  16 microparticles
18 Nanopartikel eines zweiten Materials  18 nanoparticles of a second material
20 Nanopartikel eines ersten Materials  20 nanoparticles of a first material

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zum Laserbohren oder Laserschneiden eines Werkstückes (2), wobei  1 . Method for laser drilling or laser cutting a workpiece (2), wherein
- von einem Laser ausgesandte elektromagnetische Strahlung (10) auf das Werkstück (2) trifft und  - Exposed by a laser electromagnetic radiation (10) hits the workpiece (2) and
- sich an einer dem Laser abgewandten Seite des Werkstückes (2) eine Flüssigkeit befindet, in der Partikel enthalten sind,  a liquid, in which particles are contained, is located on a side of the workpiece (2) facing away from the laser;
- so dass die von dem Laser ausgesandte elektromagnetische Strahlung (10) auf die Partikel trifft, wenn die elektromagnetische Strahlung (10) das Werkstück (2) durchdrungen hat,  - So that the electromagnetic radiation emitted by the laser (10) hits the particles when the electromagnetic radiation (10) has penetrated the workpiece (2),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Partikel Nanopartikel eines ersten Materials enthalten, die auf Mikroparti- keln adsorbiert sind, wobei die Mikropartikel aggregierte Nanopartikel eines zweiten Materials sind.  the particles contain nanoparticles of a first material which are adsorbed on microparticles, the microparticles being aggregated nanoparticles of a second material.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material und das zweite Material verschieden sind. 2. The method according to claim 1, characterized in that the first material and the second material are different.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung (10) eine Wellenlänge von mindestens 500 nm und höchstens 1 100 nm, bevorzugt wenigstens 1030 nm und höchstens 1064 nm aufweist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the electromagnetic radiation (10) has a wavelength of at least 500 nm and at most 1 100 nm, preferably at least 1030 nm and at most 1064 nm.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein Metall, vorzugsweise Gold, Silber, Platin, Palladium oder Kupfer, insbesondere in Form von Kupferselenid, oder Kohlenstoff, Ruß („Carbon Black"), oder Selenide, insbesondere Kupferselenide oder Sulfide enthält oder daraus oder aus einer Kombination mehrerer davon besteht. 4. The method of claim 1, 2 or 3, characterized in that the first material is a metal, preferably gold, silver, platinum, palladium or copper, in particular in the form of copper selenide, or carbon, soot ("carbon black"), or Selenide, in particular copper selenide or sulfides contains or consists of or a combination of several thereof.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein überwiegender Anteil der Nanopartikel des ersten Matenals, bevorzugt alle Nanopartikel des ersten Materials eine Partikelgröße zwischen 1 nm und 99 nm , bevorzugt zwischen 2 nm und 50 nm aufweisen. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least a predominant proportion of the nanoparticles of the first Matenals, preferably all nanoparticles of the first material have a particle size between 1 nm and 99 nm, preferably between 2 nm and 50 nm.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material Titandioxid, Aluminiumdioxid, Siliziumdioxid, Siliziunnkarbid, Bariumsulfat, Calciumphosphat oder Zinkoxid enthält oder daraus oder einer Kombination mehrerer davon besteht. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second material contains or consists of titanium dioxide, alumina, silica, Siliziunnkarbid, barium sulfate, calcium phosphate or zinc oxide or a combination of several thereof.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Wasser oder ein Öl, insbesondere ein Mineralöl ist. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the liquid is water or an oil, in particular a mineral oil.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikropartikel eine mittlere Größe zwischen 0,1 μιτι und 10 μιτι, bevorzugt zwischen 0,2 μιτι und 0,4 μιτι, bevorzugt von 0,3 μιτι haben und bevorzugt die Nanopartikel des zweiten Materials eine Partikelgröße zwischen 1 nm und 99 nm aufweisen. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the microparticles have a mean size between 0.1 μιτι and 10 μιτι, preferably between 0.2 μιτι and 0.4 μιτι, preferably of 0.3 μιτι have and preferably the nanoparticles of the second material have a particle size between 1 nm and 99 nm.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konzentration der Mikropartikel in der Flüssigkeit zwischen 50 mg/ml und 500 mg/ml, bevorzugt zwischen 100 mg/ml und 200 mg/ml aufweist. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a concentration of the microparticles in the liquid between 50 mg / ml and 500 mg / ml, preferably between 100 mg / ml and 200 mg / ml.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil des ersten Materials an einer Gesamtmenge der in der Flüssigkeit enthaltenen Partikel weniger als 30 Massenprozent, bevorzugt zwischen 3 und 15 Massenprozent, besonders bevorzugt 5 Massenprozent beträgt. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a proportion of the first material to a total amount of the particles contained in the liquid is less than 30 percent by mass, preferably between 3 and 15 percent by mass, particularly preferably 5 percent by mass.
1 1 . Flüssigkeit zum Verwenden in einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Partikel enthält, die Nanopartikel eines ersten Materials enthalten, die auf Mikropartikeln adsorbiert sind, wobei die Mikropartikel aggregierte Nanopartikel eines zweiten Materials sind. 1 1. Liquid for use in a method according to any one of the preceding claims, characterized in that the liquid contains particles containing nanoparticles of a first material adsorbed on microparticles, the microparticles being aggregated nanoparticles of a second material.
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