• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein Verfahren zum Bohren von metallischen Werkstoffensowie von geschichteten metallischen Werkstoffen und solchen, die mindestenseine keramische Schicht aufweisen, mittels Laserstrahlung, wobeidie Intensitätdes Laserstrahls abhängigvon der geforderten geometrischen Form der Bohrung eingestellt wird,das dadurch gekennzeichnet ist, dass die räumliche Verteilung der Intensität im Laserstrahl,bezogen auf den sich änderndenBoden der Bohrung, so eingestellt wird, dass die Intensität über einegenügendgroßeStrecke w0 mit dem Abstand w von der Laserstrahlachseabfällt, dieserAbfall annäherndmonoton erfolgt und eine genügendgroßeräumliche Änderung ΔI der Intensität I innerhalbder Strecke w0 eingehalten wird.
    公开号:DE102004014820A1
    申请号:DE102004014820
    申请日:2004-03-24
    公开日:2005-10-13
    发明作者:Ernst Wolfgang Kreutz；Jochen Petereit；Wolfgang Dr. Schulz；Lena Trippe；Jens Willach
    申请人:Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV；
    IPC主号:B23K26-073
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bohren von metallischenWerkstoffen sowie von geschichteten metallischen Werkstoffen undsolchen, die mindestens eine keramische Schicht aufweisen, mittelsLaserstrahlung, wobei die Intensität des Laserstrahls abhängig vonder geforderten geometrischen Form der Bohrung eingestellt wird.
    [0002] Laserstrahlungwird insbesondere zum Abtragen und Bohren von metallischen Werkstoffenund von Verbundwerkstoffen aus dielektrischen (z. B. keramischen)und metallischen Schichten eingesetzt. Insbesondere bei den Anwendungenin der Automobiltechnik, der Luftfahrttechnik (Fein- bzw. Mittelblech)und der Energietechnik (Mittelblech) sind große Abtragsraten (große Produktivität) und große Aspektverhältnisse(Tiefe zu Durchmesser) erwünscht. Diegeometrische Form der Bohrung (z. B. zylindrisch, konisch) und dieMorphologie der Bohrungswand (z. B. erstarrte Schmelze) sind wesentliche Qualitätsmerkmaleund unterliegen vorgegebenen technischen Anforderungen.
    [0003] Diebekannten Techniken zum Bohren mit Laserstrahlung werden durch dendominanten Mechanismus zum Austreiben des Werkstoffes beim Bohren – Schmelzen,Verdampfen – inzwei Gruppen eingeteilt: - Bohrtechniken mitdominantem Schmelzaustrieb
    [0004] Bohrtechnikenmit dominantem Schmelzaustrieb sind das Einzelpulsbohren, das Perkussionsbohren(Mehrfachpulse) und das Trepanierbohren. Diese Techniken haben denVorteil großerAbtragsraten (Produktivität)und den Nachteil mangelnder Qualität durch unvollständigen Schmelzaustrieb,Ablagerungen aus erstarrter Schmelze an der Bohrungswand und/oderam Bohrungsein- und -austritt und geringer Präzision bezüglich des Bohrungsdurchmessers.Beim Trepanierbohren wird zunächst einePerkussionsbohrung in den Werkstoff eingebracht und nachfolgendeine Bohrung mit definiertem Radius ausgeschnitten. Das Trepanierbohrenhat den Nachteil, dass die größte Mengean entstehender Schmelze durch einen Prozessgasstrahl am Bohrungsaustrittausgetrieben wird und so der Innenraum eines zu bohrenden Hohlkörpers verschmutzt wird.
    [0005] DerStand der Technik beschreibt eine Vielzahl von Maßnahmen,die darauf zielen, die Schmelze möglichst vollständig auszutreibenund eine definierte – meistzylindrische – Formder Bohrung zu erreichen. Diese Maßnahmen sind • Vergrößern desräumlichenMittelwertes oder des Maximalwertes der Intensität im Laserstrahl mit zunehmenderTiefe der Bohrung • ZeitlicheModulation (Perkussion) der Intensität mit einer großen Anzahlvon Einzelpulsen währendder gesamten Bohrzeit.
    [0006] DasPerkussionsbohren wird industriell nur dann eingesetzt, wenn diemangelnde Qualität(unvollständigerSchmelzaustrieb, anhaftende erstarrte Schmelze, geringe Präzision derBohrungsform) die Funktion des Produktes nicht einschränkt.
    [0007] Nachdem Stand der Technik zum Einzelpuls- und Perkussionsbohren wirddie Intensitätmit zunehmender Tiefe der Bohrung vergrößert, um z. B. die Auswirkungeiner Strahlaufweitung zu kompensieren. Die Modulation der Intensität wird durchgeführt, umz. B. durch Variation des Verhältnissesvon Pulsdauer zu der Zeit zwischen zwei Pulsen den geforderten Durchmesserder Bohrung zu verändern.
    [0008] Nach EP 0 796 695 A1 kannder Austrittsdurchmesser der Bohrung, der üblicherweise kleiner ist alsder Durchmesser des oberen Teils der Bohrung, vergrößert werden,wenn die Temperatur des Werkstückesum mindestens 25 °C über derUmgebungstemperatur liegt. - Bohrtechnikenmit dominantem Verdampfen
    [0009] ZumBohren durch dominantes Verdampfen werden die Techniken Wendelbohren,Perkussionsbohren und Laser-Erodieren eingesetzt.
    [0010] Eingezieltes Erreichen der geforderten geometrischen Form der Bohrungist bis heute nur mit dem Wendelbohren oder einer Kombination ausPerkussions- und Wendelbohren erreichbar.
    [0011] Nach DE 101 44 008 A1 kanneine mit überwiegendemSchmelzaustrieb hergestellte Perkussionsbohrung in einem zweitenVerfahrensschritt durch dominantes Abtragen als Dampf auf den gewünschtenDurchmesser aufgeweitet werden, so dass keine Reste erstarrter Schmelzean der Bohrungswand zurückbleiben.Diese hochpräziseBohrtechnik und auch die Verfahrensvarianten weisen den Nachteilzu großerBohrdauer bzw. zu kleiner Produktivität auf.
    [0012] Dervorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorstehendaufgeführtenUnzulänglichkeitendes Stands der Technik zu beseitigen und das eingangs genannte Verfahrenso weiterzubilden, dass insbesondere ein vollständiges Austreiben der Schmelzebeim Bohren in Richtung der einfallenden Laserstrahlung aus demBohrungsschacht ohne Ablagerungen erstarrter Schmelze an dem Bohrungsrandgewährleistetwird.
    [0013] Gelöst wirddiese Aufgabe, ausgehend von dem Verfahren mit den eingangs genanntenMerkmalen dadurch, dass die räumlicheVerteilung der Intensitätim Laserstrahl, bezogen auf den sich ändernden Boden der Bohrung,so eingestellt wird, dass die Intensität über eine genügend große Streckew0 mit dem Abstand w von der Laserstrahlachseabfällt,dieser Abfall annäherndmonoton erfolgt, und eine genügend große räumliche Änderung ΔI der Intensität I innerhalbder Strecke wo eingehalten wird.
    [0014] Mitdieser Verfahrensmaßnahmewird die herkömmlicheTechnik des Einzelpuls- und Perkussionsbohrens mit Laserstrahlungmit dominantem Schmelzaustrieb so gestaltet, dass ein vollständiges Austreibender Schmelze aus der Bohrung möglich ist,ohne dass sich Schmelze an der Bohrungswand ablagert. Bei den bisherbekannten Verfahren wird der Schmelzaustrieb über ein laserinduziertes Plasmadurch den räumlichenMittelwert oder den Maximalwert der Intensität im Laserstrahl gesteuert,was eine gezielte Steuerung des Bohrungsdurchmessers und eine Vermeidungvon Schmelzablagerungen nicht zulässt. Ein zweiter Verfahrensschrittzum Glättender Bohrungswand durch Verdampfungsabtragen, wie dies in der DE 101 44 008 A1 beschrieben ist,ist nicht erforderlich.
    [0015] BevorzugteAusgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
    [0016] Mitdem erfindungsgemäßen Verfahrenist eine gezielte Einstellung des Bohrungsdurchmessers auch während desBohrprozesses möglich.Auch könnenunterhalb eines definierten Aspektverhältnisses von Bohrungstiefezu Bohrungsdurchmesser in Abhängigkeitvon der Tiefe beliebige Durchmesser mit hoher Präzision erzielt werden und zylindrische, konischeund andere geometrische Formen der Bohrung können hergestellt werden.
    [0017] WesentlicheMerkmale, die beim Schmelzbohren zuverlässig erreicht werden müssen, sind: - reproduzierbarer Durchmesser Der kleinsteDurchmesser einer Bohrung bestimmt den Volumenstrom. Das gesamteDurchflussvolumen von Kraftstofffiltern addiert sich aus den Durchflussvolumender einzelnen Bohrungen, die durch die jeweils minimalen Durchmesserder Bohrungen begrenzt sind. – definierteKonizität DasStrömungsverhaltenbeim Austreten von Gasen und Flüssigkeitenaus der Bohrung wird u. a. durch den Winkel der Bohrungswand zurWerkstoffoberflächeund die Aufweitung der Bohrung bestimmt. Die definierte Konizität ist z.B.entscheidend fürdie Verteilung von Kühlgasenauf Werkstoffoberflächenzum Schutz von Turbinenkomponenten. – definierteKonizitätbeim Bohren von Mehrschichtsystemen Die zylindrische bzw. konischeBohrungsgeometrie ist Voraussetzung für die laminare Strömung vonFlüssigkeitenund Gasen in der Bohrung. Der Durchmesser von Bohrungen in Turbinenkomponenten – z.B. Mehrschichtsysteme,bestehend aus dem Substrat, der Haftvermittlerschicht und der Wärmedämmschicht – muss unabhängig von derWerkstoffschicht regelbar sein. – keineReduzierung der Haft- und Scherfestigkeit von Coatings BeimBohren von Mehrschichtsystemen darf die Haftung zwischen den Schichtenim Bereich der Bohrung nicht reduziert werden. Bei Beschädigung derWärmedämmschichtvon Turbinenkomponenten könnensich die Schichten der im Betrieb thermisch und mechanisch hochbelasteten Komponentenvom Werkstoff lösenund ein Schutz ist nicht mehr gewährleistet. – keineAblagerungen erstarrter Schmelze Ein definierter Bohrungsdurchmesserkann nur erreicht werden, wenn die geometrische Form der Bohrungnicht durch unregelmäßige Ablagerungenerstarrter Schmelze an der Bohrungswand verändert wird. In der erstarrtenSchmelze können Risseund Spannungen entstehen. Bei hochbelasteten Komponenten, wie Turbinenschaufeln undKraftstofffiltern, erhöhtdas Vermeiden von Ablagerungen aus erstarrter Schmelze deren Lebensdauer. – keineGratbildung Ein Grat aus erstarrter Schmelze am Bohrungsaustrittvergrößert z.B.den Strömungswiderstand undvermindert so den Wirkungsgrad. Das Vermeiden der Gratbil dung erfordertkeine Nachbearbeitung und verkleinert die Produktionszeit beispielsweisevon Turbinenkomponenten und Kraftstofffiltern. – Austreibender Schmelze in Richtung der einfallenden Laserstrahlung DasAusströmender Schmelze nach oben aus der Bohrung reduziert Verschmutzungenin Hohlkörpern.Beim Herstellen von Kraftstofffiltern und Turbinenschaufeln isteine Nachbearbeitung (Reinigen) erforderlich, wenn sich während desBohrens Werkstoffrückstände in denHohlkörpernablagern. – große Krümmung derAustrittskante Das Ablöseneiner Flüssigkeitsströmung ander Bohrungsöffnungwird durch die Krümmungder Austrittskante bestimmt. Bei Einspritzdüsen ist die Krümmung derAustrittskante bestimmend fürdas Ablösenund das vollständigeAbbrennen des Kraftstoffs im Brennraum.
    [0018] DerEinzug von Umgebungsgasen in die Bohrung oder die Ablösung einerKühlgasströmung vomAustritt einer Kühlbohrungin Turbinenschaufeln sind unerwünschteEigenschaften der Strömung,deren Ausbildung von der geometrischen Form der Austrittskante abhängen.
    [0019] Für die Erfindungist von Bedeutung, dass als entscheidender Parameter für den vollständigen Schmelzaustrieb über einevorgegebene Tiefe der Bohrung die räumliche Verteilung der Intensität im Laserstrahlam Bohrungsgrund geeignet eingestellt werden muss und nicht wiebisher bekannt der räumlichgemittelte Wert oder der Maximalwert der Intensität I0 im Laserstrahl. Kennzeichnend ist einegeeignete räumlicheVerteilung der Laserstrahlung über einegenügendgroßeStrecke wo im Laserstrahl, innerhalb derer die Intensität mit demAbstand von der Laserstrahlachse abfällt und eine genügend große räumliche Änderungder Intensität(Intensitätsgradient)vorliegt.
    [0020] Inder beigefügten 1 sinddie minimalen Werte fürdie IntensitätI0 = Imin und dieStrecke w0 = wmin skizziert,wobei fürdas Vorstehende Fall A gilt.
    [0021] Ineiner bevorzugten Maßnahmewird die Strecke w0 annähernd proportional zur Wurzelder vordefinierten und zu erreichenden Bohrungstiefe l eingestellt.
    [0022] Weiterhinsollte die räumliche Änderung ΔI der Intensität I innerhalbder Strecke w0 annähernd proportional zu der vordefiniertenbzw. zu erreichenden Bohrungstiefe l so eingestellt werden, dassein Bohrungsradius rB (rB> w0)größer alsdie Strecke w0 erreicht wird.
    [0023] Derminimale Durchmesser dmin (=2rBmin)der Bohrung und das maximale Aspektverhältnis α von Bohrungstiefe l zu Bohrungsdurchmesserd sollten nach folgender Vorschrift α < const. ΔI w0 eingestellt werden, wobei die räumliche Änderung ΔI = I0- Iw0 der Intensität I innerhalbder Strecke w0 und I0 dieIntensitätauf der Laserstrahlachse und Iw0 die Intensität im Abstandw0 von der Laserstrahlachse ist.
    [0024] ZurVergrößerung desBohrungsdurchmessers d (=2rB) während desBohrens wird der Maximalwert I0 > Imin für die Intensität so gesteuertoder geregelt, dass der Bohrungsdurchmesser d (=2rB)einen vorbestimmten von der Tiefe abhängigen Wert d > dmin erreicht,wobei I0 die Intensität auf der Laserstrahlachseist und Imin der minimale Wert der Intensität I0 ist.
    [0025] Weiterhinist wesentlich, dass nach geeignetem Einstellen der räumlichenVerteilung der Intensitätam Bohrungsgrund der minimale Bohrungsdurchmesser 2rBmin unddas maximale Aspektverhältnis vonBohrungstiefe zu -durchmesser bestimmt werden; hierzu sind in der 1,Fall A, die entsprechenden Werte (I0 = Imin, w0 = wmin) dargestellt.
    [0026] Umeine Vergrößerung desBohrungsdurchmessers 2rB > 2rBmin auchwährenddes Bohrprozesses zu erreichen, müssen der Maximalwert für die Intensität I0 > Imin und/oder die Strecke w0 > wmin gesteuertwerden. Ein beliebiger größerer Durchmesserist beispielsweise durch eine Vergrößerung der Intensität (siehe 1,Fall B) oder der Strecke (siehe 1, FallC), überder die Schmelze am Bohrungsgrund beschleunigt wird, erreichbar.
    [0027] Zylindrischeund konische Bohrungsgeometrien sind bei reproduzierbarer Qualität durchdas Einstellen der räumlichenVerteilung der Intensitätam Bohrungsgrund und Steuern des Bohrungsdurchmessers, wie diesvorstehend angegeben ist, einstellbar.
    [0028] Wieanhand der 1 weiterhin zu erkennen ist,führenAbweichungen von den vorstehend angegebenen Vorschriften, z.B. dann,wenn der Intensitätsgradientzu klein ist (siehe 1, Fall D) und/oder Streckew0 innerhalb derer die Intensität im Laserstrahlabfällt,zu klein ist (siehe 1, Fall E), zu einem unvollständigem Schmelzaustrieb.Im Vergleich zu den vorstehend angegebenen Vorschriften können z.B.mit nahezu rechteckförmigerVerteilung der Intensität(siehe 1, Fall E) kleinere Bohrungsdurchmesser erreichtwerden. Allerdings wird hierbei die Vorschrift zur Einstellung derräumlichenVerteilung der Intensitätam Bohrungsgrund verletzt und die Qualität der Bohrung wird kleiner,da die Schmelze nicht vollständigausgetrieben werden kann.
    [0029] BeimBohren von Mehrschichtsystemen, d.h. beim Bohren unterschiedlicherWerkstoffschichten, werden zur Realisierung definierter Bohrungsdurchmesserdie verschiedenen Werkstoffeigenschaften bei der Wahl der geeignetenIntensitätsverteilungberücksichtigt,so dass insbesondere beim Übergang voneiner Werkstoffschicht zur nächstenAnpassungen in der Intensitätsverteilungvorgenommen werden müssen.Der Übergangzwischen zwei Schichten ist durch Änderungen in der Prozessemission(z. B. Plasmaleuchten) beobachtbar und kann durch koaxiale oderlaterale Hochgeschwindigkeitsfotografie detektiert werden.
    [0030] Ineinem bevorzugten Verfahrensablauf wird die ausströmende Schmelzezusätzlichentlang der Bohrungswand geeignet beheizt.
    [0031] Hierzuist in 2 der beigefügtenZeichnung schematisch die Verteilung der Intensität im Laserstrahlund die Anordnung der zusätzlichenHeizquellen dargestellt.
    [0032] Esist zu beachten, dass, sobald der eingestellte Bohrungsdurchmesser2rB erreicht ist, das zusätzlicheHeizen der Bohrungswand einsetzen muss, und die Heizleistung mussmit der Bohrtiefe zunehmen.
    [0033] Essollte darauf geachtet werden, dass die Heizquelle innerhalb derBohrung wirkt, möglichst nurdie strömendeSchmelze erwärmtund dass die primäreEnergiequelle (Bohrlaserstrahl) nicht beeinflusst wird (z.B. Absorptionvon Bohrlaserstrahlung im Bohrkanal) und der zentrale Bereich derBohrung möglichstunbeeinflusst bleibt.
    [0034] Wieanhand der 2 ersichtlich ist, sollte dieräumlicheWirkung der Energiequellen überden Bohrungsdurchmesser so verteilt sein, dass der Bohrungsgrundeine genügendgroßeBreite 2rB erreicht, die größer alsdie Breite 2w0 des Bohrlaserstrahls ist, innerhalbderer die Intensitätin radialer Richtung annäherndmonoton abfällt,und dass die Bohrungswand beheizt wird.
    [0035] Ineiner bevorzugten Maßnahmewird die Heizstrahlung übereine Strahlformung im Resonator erzeugt derart, dass die Intensität des Laserstrahls zurBeheizung der Bohrungswand ringförmigeingestrahlt wird. Hierbei kann die Erzeugung der Heizstrahlungdurch Anregung höhererModen mindestens nach Erreichen des vorbestimmten Bohrungsdurchmesserserfolgen. Es ist auch möglich,die Erzeugung der Heizstrahlung durch Blenden vorzunehmen, wobeidann der zentrale Bereich des Laserstrahls ausgeblendet wird.
    [0036] Einealternative Möglichkeitbesteht darin, die Laserstrahlung zum Beheizen der aus der BohrungausströmendenSchmelze durch eine optische Komponente außerhalb des Resonators so zuformen, dass ein zentraler Bereich des Laserstrahls den vorbestimmtenBohrungsdurchmesser erzeugt und ein ringförmiger äußerer Bereich des Laserstrahls zurBeheizung der Bohrungswand eingestrahlt wird. Als optische Komponentekann außerhalbdes Resonators ein Axikon eingesetzt werden.
    [0037] DieHeizstrahlung zum Beheizen der aus der Bohrung ausströmenden Schmelzekann auch über einezweite Energiequelle in Form thermischer Energie in das Bohrlocheingekoppelt werden. Die Heizstrahlung kann über mehrere ringförmig angeordnete Diodenlaser, über einethermische Lichtquelle erfolgen, wobei als thermische Lichtquelleeine Halogenlampe, eine Bogenlampe oder eine Dampflampe eingesetztwerden kann.
    [0038] DieHeizstrahlung kann auch übereine Laserstrahlquelle erzeugt werden, wobei das erzeugte Plasmaals sekundäreHeizquelle an der Wand der Bohrung wirkt.
    [0039] ZurErzeugung der Heizstrahlung kann dieselbe Laserstrahlquelle wiefür dasBohren eingesetzt werden.
    [0040] DieSteuerung der Heizstrahlung kann durch Rückführung von Signalen aus einerkoaxialen oder lateralen Hochgeschwindigkeitsfotografie erfolgen.
    [0041] Vonden vorstehend angegebenen Maßnahmenzum Beheizen der Bohrungswand sind insbesondere ringförmig angeordneteDiodenlaser oder thermsche Lichtquellen zu bevorzugen, da für die ringförmig angeordnetenDiodenlaser die Heizwirkung und der Wirkbereich flexibel eingestelltwerden könnenoder fürdie thermischen Lichtquellen der technische Aufwand zur Realisierungder Vorrichtung zum Heizen klein ist.
    [0042] DieSteuerung der Heizstrahlung, z. B. durch laserinduziertes Plasma,kann ebenso wie die Steuerung der abtragenden Laserstrahlung beiMehrschichtsystemen, mit einer koaxialen bzw. lateralen Prozessüberwachung,z. B. durch Hochgeschwindigkeitsfotografie oder Kurzzeitspektroskopie,umgesetzt werden.
    [0043] DieErfindung ist immer dann einsetzbar, wenn beim Einzelpuls- oderPerkussionsbohren mit Laserstrahlung der überwiegende Anteil des Werkstoffesin der flüssigenPhase (Schmelze) ausgetrieben wird.
    [0044] Inder Energie- und Luftfahrttechnik werden Kühlbohrungen in Turbinenkomponentenmit der Technik des Perkussionsbohrens eingebracht, um die Komponentenaus hochtemperaturbeständigen Werkstoffenmit keramischen Wärmedämmschichten (Mehrschichtsysteme)zusätzlichvor den großen thermischenBelastungen zu schützen.Um den Wirkungsgrad weiter steigern zu können, wird eine bessere Verteilungder Kühlluftauf den Oberflächender Turbinenschaufeln und Brennkammerplatten gefordert. Diese kannnur durch eine definierte Bohrungsgeometrie (zylindrisch und/oderkonisch) und eine größere Anzahlvon Bohrungen pro cm2 (bis zu 100 Bohrungen/cm2 statt derzeit 0,75 Bohrungen/cm2) erreicht werden. Allerdings sind die Bohrdauer(z.B. Trepanieren) zu groß unddas derzeit erreichte Aspektverhältnisbei schwankender Bohrungsgeometrie nicht ausreichend, um eine nennenswerteSteigerung des Wirkungsgrades nur durch die Erhöhung der Anzahl der Bohrungenpro cm2 zu erlangen. Außerdem ist das Vermeiden vonAblagerungen aus erstarrter Schmelze im Bohrungsschacht und dieGratbildung von wesentlicher Bedeutung, um keine Veränderungder strömungstechnischbevorzugten geometrischen Form der Bohrung zu verursachen.
    [0045] Inder Automobiltechnik werden Kraftstofffilter mit Laserstrahlungbei geringeren Anforderungen an die Präzision gebohrt. Bei den durchfluss-und spraybestimmenden Bohrungen in Einspritzventilen, -drosselnund -düsensind Abweichungen von der Normgeometrie von wenigen μm und ebensokleine Dicken der Schmelzablagerungen, sowie scharfkantige Bohrungsein-bzw. -austritte mit sehr großen Krümmungengefordert.
    [0046] Denvorstehenden Forderungen kann mit dem Verfahren gemäß der Erfindungentsprochen werden.
    权利要求:
    Claims (26)
    [1] Verfahren zum Bohren von metallischen Werkstoffensowie von geschichteten metallischen Werkstoffen und solchen, diemindestens eine keramische Schicht aufweisen, mittels Laserstrahlung,wobei die Intensitätdes Laserstrahls abhängigvon der geforderten geometrischen Form der Bohrung eingestellt wird, dadurchgekennzeichnet, dass die räumliche Verteilungder Intensitätim Laserstrahl, bezogen auf den sich ändernden Boden der Bohrung,so eingestellt wird, dass die Intensität über eine genügend große Streckewo mit dem Abstand w von der Laserstrahlachse abfällt, dieserAbfall annäherndmonoton erfolgt, und eine genügendgroßeräumliche Änderung ΔI der Intensität I innerhalbder Strecke wo eingehalten wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Strecke wo annäherndproportional zur Wurzel der vordefinierten und zu erreichenden Bohrungstiefel eingestellt wird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die räumliche Änderung ΔI der Intensität I innerhalbder Strecke w0 annähernd proportional zu der vordefiniertenbzw. zu erreichenden Bohrungstiefe l so eingestellt wird, dass einBohrungsradius rB (rB> w0)größer alsdie Strecke w0 erreicht wird.
    [4] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der minimale Durchmesser dmin (=2rBmin) der Bohrung und das maximale Aspektverhältnis α von Bohrungstiefel zu Bohrungsdurchmesser d durch folgende Vorschrift α < const. ΔI w0 eingestellt wird, wobei die räumliche Änderung ΔI = I0- Iw0 der Intensität I innerhalbder Strecke w0 und I0 dieIntensitätauf der Laserstrahlachse und Iw0 die Intensität im Abstandw0 von der Laserstrahlachse ist.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass zur Vergrößerung des Bohrungsdurchmesserd (=2rB) während des Bohrens der MaximalwertI0 > Imin fürdie Intensitätso gesteuert oder geregelt wird, dass der Bohrungsdurchmessers d(=2rB) einen vorbestimmten von der Tiefe abhängigen Wertd > dmin erreicht,wobei I0 die Intensität auf der Laserstrahlachseist und Imin der minimale Wert der Intensität I0 ist.
    [6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass zur Vergrößerung des Bohrungsdurchmessersd (=2rB) während des Bohrens die Streckew0 > wmin so gesteuert oder geregelt wird, dassder Bohrungsdurchmesser d (=2rB) einen vorbestimmtenvon der Tiefe abhängigenWert d > dmin erreicht, wobei w0 derradiale Abstand von der Laserstrahlachse ist und wmin derminimale Abstand von der Laserstrahlachse ist über der die räumliche Änderung ΔI erfolgt.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass beim Bohren unterschiedlicher Werkstoffschichten beim Übergangvon einer Werkstoffschicht zur nächsteneine Anpassung der Intensitätsverteilungder Laserstrahlung vorgenommen wird derart, dass in beiden Werkstoffschichtenderselbe bzw. der vorbestimmte von der Tiefe abhängige Bohrungsdurchmesser erreichtwird.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass der Übergangzwischen zwei Werkstoffschichten durch Änderung der Prozessemissionen überwachtwird.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Änderungder Prozessemissionen durch koaxiale oder laterale Hochgeschwindigkeitsfotografiedetektiert wird.
    [10] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass bei Erreichen eines eingestellten Bohrungsdurchmesser d (=2rB) eine zusätzliche Beheizung der Bohrungswandvorgenommen wird.
    [11] Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass die Heizleistung mit zunehmender Tiefe der Bohrung erhöht wird.
    [12] Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,dass die Beheizung auf die aus der Bohrung ausströmende Schmelzebeschränktwird.
    [13] Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Heizstrahlung übereine Strahlformung im Resonator erzeugt wird derart, dass die Intensität des Laserstrahlszur Beheizung der Bohrungswand ringförmig eingestrahlt wird.
    [14] Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass die Erzeugung der Heizstrahlung durch Anregung höherer Modenmindestens nach Erreichen des vorbestimmten Bohrungsdurchmessers erfolgt.
    [15] Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass die Erzeugung der Heizstrahlung durch Blenden erfolgt, wobeider zentrale Bereich des Laserstrahls ausgeblendet wird.
    [16] Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Laserstrahlung durch eine optische Komponente außerhalbdes Resonators so geformt wird, dass ein zentraler Bereich des Laserstrahlsden vorbestimmten Bohrungsdurchmesser erzeugt und ein ringförmiger äußerer Bereichdes Laserstrahls zur Beheizung der Bohrungswand eingestrahlt wird.
    [17] Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,dass als optische Komponente außerhalbdes Resonators ein Axikon eingesetzt wird.
    [18] Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Heizstrahlung übereine zweite Energiequelle in Form thermischer Energie in das Bohrlocheingekoppelt wird.
    [19] Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Heizstrahlung übermehrere ringförmigangeordnete Diodenlaser erzeugt wird.
    [20] Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Heizstrahlung übereine thermische Lichtquelle erzeugt wird.
    [21] Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,dass als thermische Lichtquelle eine Halogenlampe eingesetzt wird.
    [22] Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,dass als thermische Lichtquelle eine Bogenlampe eingesetzt wird.
    [23] Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,dass als thermische Lichtquelle eine Dampflampe eingesetzt wird.
    [24] Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Heizstrahlung übereine Laserstrahlquelle erzeugt wird, wobei das erzeugte Plasma alssekundäreHeizquelle an der Wand der Bohrung wirkt.
    [25] Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,dass zur Erzeugung der Heizstrahlung dieselbe Laserstrahlquellewie fürdas Bohren eingesetzt wird.
    [26] Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass die Steuerung der Heizstrahlung durch koaxiale oder lateraleHochgeschwindigkeitsfotografie detektiert wird.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    KR101904130B1|2018-10-04|버스트 초고속 레이저 펄스를 사용하는 취성 재료를 위한 폐형 릴리즈 방법
    TWI584906B|2017-06-01|使用藉由猝發超快雷射脈衝成絲在透明材料中非燒蝕、光聲加壓切削之方法及裝置
    CN104662274B|2017-06-13|通过增材制造技术制备的超级冷却的涡轮区段组件
    EP3083126B1|2020-02-26|Schneiden vom transparenten material mit ultraschnellem laser und strahloptik
    Hanon et al.2012|Experimental and theoretical investigation of the drilling of alumina ceramic using Nd: YAG pulsed laser
    CN102953828B|2016-08-17|带有冷却通道的构件和制造方法
    KR0165905B1|1999-01-15|레이져 쇽크 처리 방법
    CA2330426C|2007-11-13|Material shaping device with a laser beam which is injected into a stream of liquid
    EP2236211B1|2015-09-09|Thermisches Lichtbogenspritzsystem
    US9346130B2|2016-05-24|Method for laser processing glass with a chamfered edge
    EP1510283B1|2007-10-17|Adaptive automatisierte Bearbeitung von überfüllten Kanälen
    US6396025B1|2002-05-28|Powder feed nozzle for laser welding
    JP5931947B2|2016-06-08|ノズルおよび積層造形装置
    KR101339045B1|2013-12-09|퇴적물의 제거 방법
    US6368060B1|2002-04-09|Shaped cooling hole for an airfoil
    US7812282B2|2010-10-12|Methods of forming fan-shaped effusion holes in combustors
    US6089698A|2000-07-18|Nozzles and methods of and apparatus for forming nozzles
    EP0365195B1|1996-03-20|Laserbearbeitungsverfahren
    TW528636B|2003-04-21|Micromachining with high-energy, intra-cavity Q-switched CO2 laser pulses
    US20150360991A1|2015-12-17|Method and device for laser-based machining of flat substrates
    US7182581B2|2007-02-27|Layer system
    TWI570880B|2017-02-11|機／電微晶片及利用叢發超快雷射脈衝製造之方法
    US5216808A|1993-06-08|Method for making or repairing a gas turbine engine component
    EP1505169B1|2013-01-23|Ionenplattierungsverfahren und Vorrichtung
    EP1430987B1|2008-10-08|Mikrobearbeitung durch Laserinduziertes Plasma
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004014820B4|2006-10-05|
    JP2007537878A|2007-12-27|
    US20070193986A1|2007-08-23|
    EP1727644A1|2006-12-06|
    WO2005092560A1|2005-10-06|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    EP0796695A1|1996-03-23|1997-09-24|British Aerospace Public Limited Company|Verfahren und Vorrichtung zum Bohren von Feststoffen mittels Laserstrahlung|
    DE69903541T2|1998-05-29|2003-06-18|Exitech Ltd Long Hanborough|Vorrichtung und verfahren zur perforierung von mikrovia-löchern in verpackungen von elektrischen verbindungsstellen von elektrischen schaltungen|
    DE10060407A1|2000-12-05|2002-06-13|Blz Gmbh|Vorrichtung zum Laserstrahlbohren|
    DE10144008A1|2001-09-07|2003-03-27|Siemens Ag|Method and device for producing a hole in a workpiece with laser radiation|US8237083B2|2007-10-25|2012-08-07|Prelatec Gmbh|Method for boring bottle-like holes having a defined geometry by means of pulsed laser radiation|US4114018A|1976-09-30|1978-09-12|Lasag Ag|Method for ablating metal workpieces with laser radiation|
    DE2821883C2|1978-05-19|1980-07-17|Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart||
    US5156461A|1991-05-17|1992-10-20|Texas Instruments Incorporated|Multi-point pyrometry with real-time surface emissivity compensation|
    EP0661734B1|1993-12-28|2000-05-10|Nec Corporation|Verfahren zur Bildung von Kontaktbohrungen in einer isolierenden Membran und Verfahren zum Schneiden der Membran|
    US5910255A|1996-11-08|1999-06-08|W. L. Gore & Associates, Inc.|Method of sequential laser processing to efficiently manufacture modules requiring large volumetric density material removal for micro-via formation|
    DE10035446A1|1999-07-23|2001-04-05|Heidelberg Instruments Mikrotechnik Gmbh|Verfahren zur Erzeugung von Mikrobohrungen|
    TW503143B|2000-10-06|2002-09-21|Hitachi Via Mechanics Ltd|Method and apparatus for drilling printed wiring boards|
    US20040112881A1|2002-04-11|2004-06-17|Bloemeke Stephen Roger|Circle laser trepanning|
    GB2377664A|2001-06-22|2003-01-22|Nippei Toyama Corp|Laser beam machining apparatus and laser beam machining method|
    JP2004066322A|2002-08-08|2004-03-04|Matsushita Electric Ind Co Ltd|レーザ加工方法とその加工装置および生産設備|
    US20050061779A1|2003-08-06|2005-03-24|Walter Blumenfeld|Laser ablation feedback spectroscopy|US10052848B2|2012-03-06|2018-08-21|Apple Inc.|Sapphire laminates|
    US9154678B2|2013-12-11|2015-10-06|Apple Inc.|Cover glass arrangement for an electronic device|
    US10406634B2|2015-07-01|2019-09-10|Apple Inc.|Enhancing strength in laser cutting of ceramic components|
    法律状态:
    2005-10-13| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-04-05| 8364| No opposition during term of opposition|
    2021-10-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004014820A|DE102004014820B4|2004-03-24|2004-03-24|Verfahren zum Herstellen von Bohrungen mit großem Aspektverhältnis in metallischen Werkstoffen sowie in geschichteten metallischen Werkstoffen und solchen, die mindestens eine keramische Schicht aufweisen|DE102004014820A| DE102004014820B4|2004-03-24|2004-03-24|Verfahren zum Herstellen von Bohrungen mit großem Aspektverhältnis in metallischen Werkstoffen sowie in geschichteten metallischen Werkstoffen und solchen, die mindestens eine keramische Schicht aufweisen|
    EP05729061A| EP1727644A1|2004-03-24|2005-03-23|Verfahren zum herstellen von bohrungen|
    PCT/EP2005/003110| WO2005092560A1|2004-03-24|2005-03-23|Verfahren zum herstellen von bohrungen|
    US10/594,052| US20070193986A1|2004-03-24|2005-03-23|Method for producing boreholes|
    JP2007504353A| JP2007537878A|2004-03-24|2005-03-23|ボアホールの製造方法|
    [返回顶部]