[發(fā)明專利]借助脈沖激光射線對(duì)工件進(jìn)行去料切割的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480037186.6
• 申請(qǐng)日: 2014-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN105531072B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·魯斯;D·阿爾德林克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通快激光與系統(tǒng)工程有限公司
• 主分類號(hào): B23K26/06
• 分類號(hào): B23K26/06;B23K26/36;B23K26/402;B23K26/08;B23K26/38;C03B33/02
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司72002
• 代理人: 侯鳴慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于借助脈沖激光射線對(duì)尤其可透光工件進(jìn)行去料或去料切割的方法。在這類去料切割方法中，借助激光射線相繼從工件去除工件材料。

背景技術(shù)

在借助激光器對(duì)工件進(jìn)行切割加工時(shí)，尤其在對(duì)例如由玻璃、藍(lán)寶石或類似材料構(gòu)成的薄基體進(jìn)行激光切割時(shí)，眾所周知，不僅在面向激光射線的工件上側(cè)面上的直接材料去除區(qū)域中出現(xiàn)損傷，而且通常也與此隔開間距地在工件材料內(nèi)部中或者在工件下側(cè)面上形成所謂的副加工區(qū)，在所述副加工區(qū)中工件材料由于激光過程而受損(局部改性，例如熔化)。此外，形成副加工區(qū)的原因估計(jì)是在待分離的光學(xué)可透光工件材料內(nèi)部進(jìn)行激光切割時(shí)的不希望的光學(xué)效應(yīng)，例如激光射線的反射。副加工區(qū)的構(gòu)成程度也根據(jù)工件的材料和/或尺寸以及激光切割時(shí)的參數(shù)而發(fā)生變化。

上述副加工區(qū)不僅在所加工的工件上形成外觀缺陷，而且對(duì)工件穩(wěn)定性也產(chǎn)生不利影響。例如，由于副加工區(qū)而使所加工工件的機(jī)械負(fù)荷能力下降并從而尤其使該工件的最大可承受彎曲應(yīng)力(斷裂彎曲應(yīng)力)減小。一般，損傷在離真正的切割區(qū)域越遠(yuǎn)的地方出現(xiàn)，則損傷顯現(xiàn)得越不明顯。

為了減小材料加工對(duì)真正加工區(qū)域的相鄰區(qū)域的影響，由EP 1 945 401 B1已知一種用于借助激光進(jìn)行材料分離的方法，在該方法中，用激光脈沖序列照射待加工的材料區(qū)域。在此，至少兩個(gè)在時(shí)間上彼此相繼的激光脈沖的照射區(qū)域可以在空間上在從10％到99％的范圍內(nèi)重合。在沿著切縫切斷工件時(shí)，可以在分離過程開始時(shí)首先施加高激光能量，并且隨后施加減小的激光能量。

還由EP 2 258 512 B1已知用于分解基體的方法和裝置，其中，將多個(gè)能夠使所述基體局部熔化的脈沖指向該基體。由此在基體內(nèi)部形成結(jié)構(gòu)變薄弱的區(qū)域，其中，各個(gè)激光脈沖可在空間上重疊。隨后可以通過在所述變薄弱的區(qū)域中施加機(jī)械作用來(lái)分離(折斷)或者切割所述基體。

此外，US 6 552 301 B2公開了將激光脈沖序列射到工件材料上的方法。在此，所述激光脈沖具有很短的脈沖持續(xù)時(shí)間以及具有大于工件材料改性閾值的通量密度。

最后，由WO 2012/006736 A2已知一種用于為分割基體做準(zhǔn)備的方法，其中，用一個(gè)或多個(gè)激光脈沖照射該基體，從而首先在該基體中形成第一光絲。通過基體和激光射線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在基體中在另一部位上產(chǎn)生附加的第二光絲，使得所述光絲形成一個(gè)圖樣，沿著該圖樣分割基體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種用于對(duì)工件進(jìn)行去料切割的方法，該方法克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)。尤其應(yīng)該提供一種方法，通過該方法在理想情況下完全防止或者至少減少副加工區(qū)或者損傷區(qū)的形成。

根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過具有以下方法步驟的方法解決：

a)通過用脈沖激光射線沿著表面軌跡經(jīng)過工件表面來(lái)對(duì)該工件表面進(jìn)行預(yù)處理，其中，該脈沖激光射線的彼此相繼的激光脈沖在工件表面上沿軌跡方向具有第一脈沖重疊；并且

b)通過用脈沖激光射線沿著所述表面軌跡多次經(jīng)過工件表面來(lái)對(duì)預(yù)處理過的工件表面進(jìn)行去料，其中，該脈沖激光射線的彼此相繼的激光脈沖在工件表面上沿軌跡方向具有小于第一脈沖重疊的第二脈沖重疊。

根據(jù)本發(fā)明，通過以第一方法步驟a)對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)處理來(lái)使表面附近的工件區(qū)域的透射率減小，其方式例如是，借助強(qiáng)激光輻射使工件表面粗糙化。即，在表面附近的工件區(qū)域中產(chǎn)生散射中心，所述散射中心防止：在第二方法步驟b)中，具有在此時(shí)更小的路段能量(Streckenenergie)的激光輻射可能侵入到位于預(yù)處理過的工件表面下方的可透光工件材料中并且尤其可能侵入直到工件下側(cè)面，這可能在那里導(dǎo)致工件材料的不希望的受損或改性。在此，所述路段能量定義為激光功率除以進(jìn)給速度。尤其可以防止或減少激光切割期間在可透光的工件材料中形成有害反射，使得在切割區(qū)域中或遠(yuǎn)離該區(qū)域的地方不出現(xiàn)工件損傷或者僅出現(xiàn)減小的損傷。也可以防止在工件背面上形成損傷區(qū)。因此，被切割邊沿的后加工是多余或者至少使該后加工量最小化。此外，通過本發(fā)明的方法來(lái)切割的工件的穩(wěn)定性、尤其彎曲負(fù)荷能力提高。

根據(jù)本發(fā)明的方法在一定程度上是局部預(yù)處理工件的第一方法步驟和起真正切割工件作用的第二方法步驟組成的混合過程。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，借助具有不同脈沖重疊的激光射線逐層地從工件表面越來(lái)越深地朝工件內(nèi)進(jìn)行去除材料。根據(jù)以下公式計(jì)算激光參數(shù)“脈沖重疊”：

其中：＝脈沖重疊[％]，

v＝進(jìn)給速度[m/s]，

f＝激光射線的脈沖頻率[Hz]，以及

d_0f＝焦斑直徑[m]，