[發明專利]用于材料加工的方法和設備

在審

• 申請號: 201880057378.1
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN111278596A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: D.佩特林;F.施奈德;S.施托亞諾夫
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍夫應用研究促進協會
• 主分類號: B23K26/06
• 分類號: B23K26/06;B23K26/064;B23K26/36;B23K26/21;B23K26/00;G02B19/00;G02B27/09
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉晗曦;劉春元

用于材料加工的設備，所述設備具有電磁輻射的至少一個射束源和使輻射變化地成形并且聚焦的射束成形光學裝置。被發出的輻射具有第一射束參數乘積并且在其中輻射與材料處于相互作用的加工區中的輻射具有第二射束參數乘積。調整裝置通過改變至少一個光學元件的光學特性或位置而使第二射束參數乘積變化，其中射束成形光學裝置的至少一個第一光學元件產生和/或擴大像差的數值，并且所述射束成形光學裝置的至少一個第二光學元件通過調整該調整裝置通過改變至少一個第一光學元件或第二光學元件的光學特性或位置而使按照數值地產生的或擴大的像差這樣改變，使得在加工區中的輻射具有要調整的第二射束參數乘積。此外說明一種用于材料加工的相應的方法。

技術領域

本發明涉及根據權利要求1的前序部分所述的用于材料加工的設備以及根據權利要求16的前序部分所述的方法。

背景技術

這樣的用于材料加工的設備具有至少一個電磁輻射的射束源，該射束源以限定的功率密度分布發出輻射。該射束源的輻射通過使輻射變化地成形的和聚焦的射束成形光學裝置來被引導。被聚焦的輻射的光軸也被表示為射束軸，其對準加工區。此外存在如下裝置，所述裝置將該輻射保持在輻射和材料的在加工區中形成的和移動的相互作用面的區域中。所發出的輻射具有第一射束參數乘積（beam parameter product）并且在其中輻射與材料處于相互作用的加工區中的輻射具有第二射束參數乘積。

輻射的變化的成形在此情況下意味著：輻射鑒于其射束參數乘積、尤其是關于其徑向和軸向功率密度分布方面而被成形，以便將工件中的輻射作用、也即例如沿著切割前沿或在切割前沿在鉆孔中或在焊接毛細管中的輻射作用適合地調整。

相應的、已知的用于材料加工的方法使用電池輻射的至少一個射束源、尤其是激光射束源，其中該射束源以限定的功率密度分布發出輻射，該輻射具有第一射束參數乘積（beam parameter product）并且該射束源的輻射通過射束成形光學裝置來變化地被成形和聚焦。如已經提及的，經聚焦的輻射的光軸被稱為射束軸，其對準加工區，并且該輻射被保持在輻射和材料的在加工區中形成的和移動的相互作用面的區域中。在其中輻射與材料處于相互作用的加工區中的輻射具有第二射束參數乘積。

電磁輻射的射束源尤其是包括激光射束源，但是也包括MASER（相干的微波源）或者包括在遠紫外的或者x射線波長范圍內的相干的、極短波的射束源。

被表示為BPP的射束參數乘積如上文提及的那樣涉及輻射的射束質量以及其可聚焦性并且通過以下公式來定義：

BPP =·r₀=M²·λ/π，其中

=輻射的在遠場中的半個張角，

r₀=射束在自身腰部處的半徑

M²=衍射指數 。

λ =射束的波長。

該射束在自身的腰部處的半徑相應于半個焦點直徑。該射束的可聚焦性隨著增大的衍射指數M²而劣化；衍射指數一直大于等于1。該設備在任何處都有利地得以應用，在此使用至少一個射束源的輻射，以便對材料或原料進行加工，并且在此通過三維的維度和射束功率密度的分布、也稱為射束分布來影響該輻射與材料的相互作用。在其中輻射的所述特性具有特殊意義的加工方法是其中通過射束材料相互作用而使相互作用面滲入到該材料中的那種方法。對此，例如包括：切割、剝蝕、鉆孔、刻刮、打孔和深層焊接。根據要應用的方法和其力求的特性而定，三維的維度和射束功率密度的分布以及必要時的坡印廷矢量的局部方向的分布應該適合地被調整，其中該分布說明能量傳輸的密度和方向、也即電磁場的功率密度。

在現有技術中，已知利用激光輻射來對材料加工的不同的設備和方法，其中能夠調整激光射束分布的特性。