DE102011107982A1 - Tool head (LCP head) - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur wärme- und flüssigkeitsbasierten Behandlung eines Werkstücks. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: – Eingeben von Flüssigkeit (F) durch einen in einem Nassbereich (4) angeordneten Flüssigkeitszuführbereich (6); – Ausgeben der Flüssigkeit (F) durch eine ebenfalls im Nassbereich (4) angeordnete Düse (7) in Richtung der Werkstückoberfläche (2'); – Einstrahlen eines fokussierten Laserstrahls (L) von einem Trockenbereich (5) aus durch eine den Trockenbereich (5) vom Nassbereich (4) trennende transparente Trennschicht (8) hindurch in die Düse (7) in Richtung der Werkstückoberfläche (2'); – Einstellen des Bearbeitungsabstandes (3) zwischen Werkzeugkopf (1) und Werkstückoberfläche (2'); Dabei ist der Flüssigkeitsstrahl auf einem ersten Abschnitt seiner gesamten Länge von der Düse (7) umschlossen, und zwischen Düsen-Stirnfläche (7') und Werkstückoberfläche (2') bildet sich ein Bearbeitungsspalt (3'), welcher mit einem Flüssigkeitsfilm (F') ausgefüllt ist, so dass der Flüssigkeitsstrahl auf seinem restlichen Abschnitt von diesem Flüssigkeitsfilm (F') umgeben und geschützt ist. Die Erfindung offenbart ferner einen Werkzeugkopf (1) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur laser- und flüssigkeitsbasierten Behandlung eines Werkstücks (2).The invention relates to a method and a device for the heat and liquid-based treatment of a workpiece. The method comprises the following steps: - introducing liquid (F) through a liquid feed region (6) arranged in a wet region (4); - Issuing the liquid (F) by a likewise in the wet area (4) arranged nozzle (7) in the direction of the workpiece surface (2 '); - irradiating a focused laser beam (L) from a drying area (5) through a transparent separating layer (8) separating the drying area (5) from the wet area (4) into the nozzle (7) in the direction of the workpiece surface (2 '); - Setting the machining distance (3) between the tool head (1) and workpiece surface (2 '); In this case, the liquid jet on a first portion of its entire length of the nozzle (7) is enclosed, and between the nozzle end face (7 ') and workpiece surface (2') forms a machining gap (3 '), which with a liquid film (F' ) is filled so that the liquid jet is surrounded on its remaining portion of this liquid film (F ') and protected. The invention further discloses a tool head (1) for carrying out the method according to the invention for the laser- and liquid-based treatment of a workpiece (2).

Description

Einleitungintroduction

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum laser- und flüssigkeitsbasierten Bearbeiten von Materialien. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei welcher der Laserstrahl innerhalb eines Flüssigkeitsstrahls zum Werkstück geleitet wird, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schutz des Flüssigkeitsstrahls.The invention relates to an apparatus and a method for the laser and liquid-based processing of materials. In particular, the invention relates to a method and apparatus in which the laser beam is directed to the workpiece within a fluid jet and to an apparatus and method for protecting the fluid jet.

Stand der Technik und NachteileState of the art and disadvantages

Die Bearbeitung von Materialien mittels Laserstrahlung ist in vielen Gebieten der Materialbearbeitung seit langer Zeit Stand der Technik. Die zum Bearbeiten des Materials benötigte Energie wird durch eine hochenergetische, gebündelte und kohärente Lichtstrahlung einer bestimmten Wellenlänge am Werkstück bereitgestellt, wo sie eine starke oberflächliche Erwärmung herbeiführt. Je nach Menge der am Wirkort bereitgestellten Energie kann die Wärmebehandlung in einer Oberflächenveränderung oder einem Schmelzen abzutragenden Materials bestehen.The processing of materials by means of laser radiation has long been state of the art in many areas of material processing. The energy needed to process the material is provided by a high energy, focused and coherent light radiation of a particular wavelength on the workpiece, where it causes a strong superficial heating. Depending on the amount of energy provided at the site of action, the heat treatment may consist of a surface modification or a melt of material to be ablated.

Häufig kann es hilfreich sein, wenn eine solche Bearbeitung flüssigkeitsgestützt erfolgt. Die Flüssigkeit kann dabei lediglich dem Kühlen der unmittelbaren Umgebung des Wirkorts dienen. Der Laser kann lediglich unterstützend erwärmen, wohingegen der eigentliche Prozess aufgrund einer wärmeinduzierten chemischen Reaktion abläuft. Die Wärmeenergie kann dann zu einer lokal begrenzten chemischen Reaktion des Materials mit einer Behandlungsflüssigkeit führen, beispielsweise im Rahmen der laserunterstützten chemischen Behandlung (LCP, Laser Chemical Processing). Eine weitere Aufgabe der Flüssigkeit kann in einem Führen des Laserstrahls, ähnlich einer Lichtleitfaser, bestehen. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zur Bearbeitung von Materialien mittels eines flüssigkeitsgeführten Laserstrahls bekannt.Often it can be helpful if such a treatment is liquid-based. The liquid can only serve to cool the immediate environment of the site of action. The laser can only heat up supportive, whereas the actual process takes place due to a heat-induced chemical reaction. The heat energy can then lead to a localized chemical reaction of the material with a treatment liquid, for example in the context of laser-assisted chemical treatment (LCP, Laser Chemical Processing). Another object of the liquid may be to guide the laser beam, similar to an optical fiber. Various devices for processing materials by means of a liquid-guided laser beam are known from the prior art.

Das Führen eines fokussierten Laserstrahls durch einen Flüssigkeitsstrahl ist beispielsweise in der Druckschrift EP 0 762 947 B1 gezeigt. Hierbei dient die Flüssigkeit als Medium zum Führen des Laserstrahls, der aufgrund seiner hohen Energie die Bearbeitung eines Werkstücks erlaubt.Guiding a focused laser beam through a liquid jet is for example in the document EP 0 762 947 B1 shown. Here, the liquid serves as a medium for guiding the laser beam, which allows the processing of a workpiece due to its high energy.

Der Flüssigkeitsstrahl muss dabei gemäß der Lehre dieser Druckschrift laminar sein, um ein gutes Behandlungsergebnis zu erhalten. Andernfalls kann der Laserstrahl an Störungen der Außenhülle, an welchen lokal und temporär keine Totalreflexion auftritt, dieselbe radial verlassen. Um einen laminaren Flüssigkeitsstrahl zu erhalten, wird der Druck und somit die Strömungsgeschwindigkeit des Strahls hoch eingestellt. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit saugt der Strahl jedoch Störeinflüsse, wie z. B. sich beim Austritt bildende Tröpfchen oder Partikel, regelrecht an. Dies wirkt sich wiederum negativ auf die Gleichmäßigkeit der Außenhülle aus.The liquid jet must be laminar according to the teaching of this document in order to obtain a good treatment result. Otherwise, the laser beam to disturbances of the outer shell, where locally and temporarily no total reflection occurs, leave the same radially. In order to obtain a laminar liquid jet, the pressure and thus the flow velocity of the jet is set high. Due to the high speed of the jet, however, sucks interference, such. B. at the exit forming droplets or particles, downright. This in turn has a negative effect on the uniformity of the outer shell.

Die Druckschrift DE 10 2006 003 606 sowie die auf denselben Anmelder zurückgehende Druckschrift DE 10 2006 003 607 offenbaren eine zur chemischen Behandlung geeignete Vorrichtung und ein Verfahren, bei welcher bzw. bei welchem ein Laserstrahl mittels eines laminar strömenden Flüssigkeitsstrahls geführt wird. Der Laser wird dabei durch ein Fenster in die Flüssigkeit eingekoppelt. Die Flüssigkeit beinhaltet ein Prozessmedium, z. B. eine Ätzflüssigkeit oder einen in Flüssigkeit gelösten Dotierstoff. Der Laserstrahl verlässt aufgrund der Totalreflexion den Flüssigkeitsstrahl nicht und heizt am Wirkort, also der Oberfläche des Substrats, dasselbe auf, so dass die erwünschte chemische Reaktion entweder überhaupt erst statt finden kann, oder jedenfalls beschleunigt abläuft.The publication DE 10 2006 003 606 and the reference to the same applicant DE 10 2006 003 607 disclose a device suitable for chemical treatment and a method in which a laser beam is guided by means of a laminar flowing liquid jet. The laser is coupled through a window into the liquid. The liquid includes a process medium, e.g. As an etchant or dissolved in liquid dopant. Due to the total reflection, the laser beam does not leave the liquid jet and heats it up at the site of action, that is to say the surface of the substrate, so that the desired chemical reaction can either take place at all or accelerate at any rate.

Auch diese Lösung hat den Nachteil, dass der Flüssigkeitsstrahl „frei” ist, also lateral an die Umgebungsluft angrenzt. Tröpfchen, die sich beim Austritt der Flüssigkeit aus der Düse bilden, können beim Rekombinieren mit dem Strahl dessen Form beeinträchtigen. Inhomogenitäten im Strahl, wie sie durch Partikel oder Konzentrationsschwankungen des Ätzmediums hervorgerufen werden können, wirken sich ebenfalls ungünstig auf die Strahlform aus. Es resultieren Energieverluste aufgrund eines zu frühen Austritts des Laserlichtes aus dem Flüssigkeitsstrahl, so dass am Wirkort kurzzeitig nur unzureichende Energie für den Prozess zur Verfügung steht.This solution also has the disadvantage that the liquid jet is "free", ie laterally adjacent to the ambient air. Droplets that form when the liquid exits the nozzle can affect its shape when recombined with the jet. Inhomogeneities in the beam, as can be caused by particles or concentration fluctuations of the etching medium, also have an unfavorable effect on the beam shape. This results in energy losses due to an early exit of the laser light from the liquid jet, so that at the site of action only insufficient energy for the process is available for a short time.

Die europäische Druckschrift EP 1 657 020 schlägt zur Verbesserung der Strahlqualität eines einen Laser führenden Flüssigkeitsstrahls die zusätzliche Verwendung eines „Beaufschlagungsgases” vor, das den Flüssigkeitsstrom mantelseitig umgibt und so vor Umwelteinflüssen schützen soll. Das Gas begleitet dabei den Flüssigkeitsstrahl auf einer vom Gasdruck abhängigen Strecke. Bevorzugt wird als Gas ein Schutzgas wie z. B. Helium eingesetzt.The European publication EP 1 657 020 proposes to improve the beam quality of a liquid jet leading a laser, the additional use of a "supply gas", which surrounds the liquid flow on the shell side and thus protect against environmental influences. The gas accompanies the liquid jet on a dependent of the gas pressure route. As the gas is preferably a protective gas such. B. helium used.

Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass das Umgeben des Flüssigkeitsstrahls mit einem Gasmantel die vorbeschriebenen Probleme nur unzureichend löst. Der Druck in der Gasversorgung darf nicht zu hoch sein, da andernfalls der Gasfluss den Flüssigkeitsstrahl stört. Ein geringerer Druck führt zu einer geringen Reichweite des Gasmantels, die somit in beide Richtungen limitiert ist. Im Bereich der Gaseinkopplung können zusätzliche Störungen entstehen, da der Flüssigkeitsstrahl bereits beim Austritt aus der Düse Tröpfchen bilden kann, welche dann im Bereich der Gaseinkopplung zu noch größeren Tropfen kumulieren. Eine mögliche Folge ist der vorübergehende Totalausfall des Strahls, wenn solche Tropfen in den Ausgang der Gaseinkopplung gelangen. Zudem entstehen bei der Verwendung eines Schutzgases als Mantelgas hohe Kosten.Investigations have shown, however, that the surrounding of the liquid jet with a gas jacket solves the above-described problems only inadequately. The pressure in the gas supply must not be too high, otherwise the gas flow disturbs the liquid jet. A lower pressure leads to a short reach of the gas mantle, which is thus limited in both directions. In the field of gas injection, additional disturbances can arise, since the liquid jet can form droplets already on exit from the nozzle, which then become larger droplets in the area of the gas injection cumulate. One possible consequence is the temporary total failure of the jet when such drops enter the exit of the gas injection. In addition, high costs arise when using a protective gas as jacket gas.

Einem anderen Problem bei der Verwendung flüssigkeitsgeführter Laserstrahlung widmet sich die Druckschrift EP 1 940 579 B1 . Sie schlägt zur Erhöhung der Bearbeitungsenergie am Wirkort vor, den Laserstrahl nicht ausschließlich mittels Totalreflexion zu diesem zu leiten, sondern zunächst mittels einer optischen Einrichtung so zu fokussieren, dass seine Fokusebene ausreichend weit von der Düsenöffnung des ihn umgebenden Flüssigkeitsstrahls liegt. Besonderes Augenmerk gilt auch dem genauen Ort, an welchem die Fokussierebene des in die Flüssigkeit eingekoppelten Laserstrahls liegen soll. An dieser Stelle muss gemäß der Druckschrift eine laminare Strömung vorhanden sein. Die Fokussierebene liegt jedoch auch hier nicht in der Ebene des Wirkorts, also auf der Werkstückoberfläche, sondern wird im weiteren Verlauf wiederum mittels Totalreflexion durch den Flüssigkeitsstrahl geführt. Gemäß der Druckschrift wird auch ein Gasmantel erzeugt, welcher den Flüssigkeitsstrahl umgibt und dessen Mantelfläche glatter halten soll. Lösungsvorschläge für die weiter oben angesprochenen Probleme bietet auch diese Druckschrift nicht.Another problem in the use of liquid-guided laser radiation is devoted to the document EP 1 940 579 B1 , It proposes to increase the machining energy at the site of action to direct the laser beam not exclusively by total reflection to this, but first by means of an optical device to focus so that its focal plane is sufficiently far from the nozzle opening of the surrounding liquid jet. Particular attention is also paid to the exact location at which the focal plane of the laser beam coupled into the liquid should lie. At this point according to the document a laminar flow must be present. However, the focusing plane is also not in the plane of the active site, ie on the workpiece surface, but will be guided in the further course again by total reflection through the liquid jet. According to the document, a gas jacket is generated, which surrounds the liquid jet and to keep the lateral surface smoother. Proposed solutions to the above-mentioned problems does not offer this document.

Aufgabe der Erfindung und LösungObject of the invention and solution

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt demnach in der Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Probleme.The object of the present invention is accordingly to avoid the problems known from the prior art.

Insbesondere soll die Erfindung sicherstellen, dass ein Flüssigkeitsstrahl, welcher einen Laserstrahl umschließt, unempfindlich gegenüber äußeren Störungen ist, wie zum Beispiel gegen die Tröpfchenbildung beim Verlassen der Flüssigkeit aus der Düse, oder gegen Partikel der Umgebungsluft, die in die Mantelfläche des Flüssigkeitsstrahls eintreten. Hohe Kosten aufgrund der Verwendung eines Schutzgases sollen vermieden werden. Die Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls soll weitgehend unabhängig von seiner Strahlqualität sein.In particular, the invention is intended to ensure that a liquid jet which encloses a laser beam is insensitive to external disturbances, such as, for example, droplet formation when leaving the liquid from the nozzle or against particles of ambient air entering the surface of the liquid jet. High costs due to the use of a protective gas should be avoided. The flow velocity of the liquid jet should be largely independent of its beam quality.

Ferner soll die Größe des Wirkorts auf der Oberfläche des Werkstücks möglichst unabhängig von der Größe, insbesondere dem Querschnitt, des Flüssigkeitsstrahls sein.Furthermore, the size of the site of action on the surface of the workpiece should be as independent as possible of the size, in particular the cross section, of the liquid jet.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den jeweiligen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Figur zu entnehmen.The object is achieved by a method according to the main claim and by a device according to claim 7. Preferred embodiments are given in the respective subclaims, the following description and the figure.

Beschreibungdescription

Nachfolgend wird zunächst das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Im Anschluss daran erfolgt eine detaillierte Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter direkter Bezugnahme auf die 1.The process according to the invention will first be described below. Following this, a detailed description of the device according to the invention will be made with direct reference to FIGS 1 ,

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der laser- und flüssigkeitsbasierten Wärmebehandlung eines Werkstücks mit einem Werkzeugkopf, der in einem Bearbeitungsabstand von der Werkstückoberfläche angeordnet ist. Hierzu umfasst es die folgenden Schritte:

• – Eingeben von Flüssigkeit durch einen in einem Nassbereich angeordneten Flüssigkeitszuführbereich;
• – Ausgeben der Flüssigkeit durch eine ebenfalls im Nassbereich angeordnete Düse in Richtung der Werkstückoberfläche;
• – Einstrahlen mindestens eines fokussierten Laserstrahls von einem Trockenbereich aus in die Düse in Richtung der Werkstückoberfläche;
• – Einstellen des Bearbeitungsabstandes zwischen Werkzeugkopf und Werkstückoberfläche.

The method according to the invention serves for the laser-based and liquid-based heat treatment of a workpiece with a tool head which is arranged at a machining distance from the workpiece surface. For this it includes the following steps:

• - introducing liquid through a liquid feed area arranged in a wet area;
• - Issuing the liquid through a likewise arranged in the wet area nozzle in the direction of the workpiece surface;
• - Injecting at least one focused laser beam from a drying area in the nozzle in the direction of the workpiece surface;
• - Setting the machining distance between the tool head and workpiece surface.

Das Einstrahlen des Laserstrahls erfolgt bevorzugt durch eine den Trocken- vom Nassbereich trennende transparente Trennschicht hindurch. Die Achse des Laserstrahls verläuft dabei parallel, und besonders bevorzugt kollinear mit der Achse des Flüssigkeitsstrahls sowie mit der Längsachse der Düse.The irradiation of the laser beam preferably takes place through a transparent separating layer which separates the dry area from the wet area. The axis of the laser beam runs parallel, and particularly preferably collinear with the axis of the liquid jet and with the longitudinal axis of the nozzle.

Erfindungsgemäß wird sichergestellt, dass der Flüssigkeitsstrahl auf einem ersten Abschnitt seiner gesamten Länge von der Düse umschlossen ist. Erfindungsgemäß wird ferner der Bearbeitungsabstand dergestalt eingestellt, dass sich zwischen Düsen-Stirnfläche und Werkstückoberfläche ein Bearbeitungsspalt bildet, welcher zumindest im Bereich des mindestens einen Laserstrahls mit einem Flüssigkeitsfilm ausgefüllt ist, so dass der Flüssigkeitsstrahl auf seinem restlichen Abschnitt von diesem Flüssigkeitsfilm umgeben und geschützt ist. Nach einer anderen Ausführungsform ist der Spalt vollständig mit einem Flüssigkeitsfilm ausgefüllt. Mit anderen Worten, zwischen der Düsen-Stirnfläche und der Oberfläche des Werkstücks existiert kein Freistrahl aus Flüssigkeit, sondern der Flüssigkeitsstrahl wird vollständig bis unmittelbar vor den Wirkort mittels der Düse geführt und von dieser umschlossen. Das letzte Stück des Flüssigkeitsstrahls wird dann durch den Flüssigkeitsfilm umschlossen und somit geschützt. Im Ergebnis schirmt die Düse die Mantelfläche des Flüssigkeitsstrahls effektiv von Umgebungseinflüssen ab. Zwischen der Düsen-Stirnfläche und der Werkstückoberfläche bildet sich ein jedenfalls im Bereich des Laserstrahls mit einem Flüssigkeitsfilm ausgefüllter Bearbeitungsspalt. Auch an dieser Stelle kann somit keine Beeinträchtigung der Bearbeitung durch Umgebungseinflüsse entstehen. Es sei angemerkt, dass der erfindungsgemäße Flüssigkeitsfilm typischerweise eine Ausdehnung in Strahlrichtung aufweist, die deutlich kleiner ist als senkrecht zur Strahlrichtung. Ein aus dem Stand der Technik bekannter „Freistrahl” hingegen weist eine Ausdehnung in Strahlrichtung auf, die deutlich größer oder gleich mit der Ausdehnung senkrecht zur Strahlrichtung ist. Zudem weist ein „Freistrahl” eine Mantelfläche auf, die mehr oder weniger genau definiert ist, wohingegen der Film keine klar umgrenzbare Mantelfläche aufweist.According to the invention it is ensured that the liquid jet is enclosed on a first portion of its entire length from the nozzle. According to the invention, the machining distance is further adjusted such that a machining gap is formed between the nozzle end face and the workpiece surface, which is filled with a liquid film at least in the region of the at least one laser beam, so that the liquid jet is surrounded and protected on its remaining portion by this liquid film. According to another embodiment, the gap is completely filled with a liquid film. In other words, there is no free jet of liquid between the nozzle end face and the surface of the workpiece, but the liquid jet is completely guided to and surrounded by the nozzle until immediately before the action location. The last piece of the liquid jet is then enclosed by the liquid film and thus protected. As a result, the nozzle effectively shields the surface of the liquid jet from environmental influences. Between the nozzle end face and the workpiece surface, a machining gap filled with a liquid film forms in any case in the region of the laser beam. Also on This location can therefore not be affected by environmental influences. It should be noted that the liquid film according to the invention typically has an extension in the beam direction that is significantly smaller than perpendicular to the beam direction. A known from the prior art "free jet", however, has an extension in the beam direction, which is significantly greater than or equal to the extension perpendicular to the beam direction. In addition, a "free jet" on a lateral surface, which is more or less precisely defined, whereas the film has no clearly delimitable lateral surface.

Eine alternative Formulierung wäre daher auch der Begriff einer „Flüssigkeitssäule”, die den in der Düse befindlichen Strahl sowie dessen jenseits der Düsen-Stirnfläche befindlichen Endabschnitts umfasst, und die jederzeit allseitig durch Düse bzw. Flüssigkeitsfilm vor Umgebungseinflüssen geschützt ist. Der Laserstrahl wird demnach durch die Flüssigkeitssäule geleitet.An alternative formulation would therefore also be the concept of a "liquid column" which comprises the jet located in the nozzle and its end section located beyond the nozzle end face, and which is always protected on all sides by nozzle or liquid film from environmental influences. The laser beam is therefore passed through the liquid column.

Insbesondere auch für den typischen Fall, dass sich der Werkzeugkopf parallel zur Werkstückoberfläche bewegt, muss jederzeit sichergestellt sein, dass allumfänglich ein genügend großer seitlicher Abstand zwischen Laserstrahl(en) und seitlichem Rand des den Endabschnitt des Flüssigkeitsstrahls schützenden Flüssigkeitsfilms besteht. Als ausreichender Wert gilt ein Abstand von 1 bis 2 mm vom Laserstrahl. Dabei ist es unerheblich, wenn die Außenkante der vom Flüssigkeitsfilm beschriebenen Fläche nicht auf einer Kreisbahn liegt, und/oder der Laserstrahl nicht genau durch den Flächenmittelpunkt dieser Fläche hindurchtritt.In particular, even for the typical case that the tool head moves parallel to the workpiece surface, it must always be ensured that there is a sufficiently large lateral distance between the laser beam (s) and lateral edge of the liquid film protecting the end section of the liquid jet. A sufficient value is a distance of 1 to 2 mm from the laser beam. It is irrelevant if the outer edge of the surface described by the liquid film is not on a circular path, and / or the laser beam does not pass through exactly the center of area of this surface.

Für weitere Informationen wird auf die Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie der Figur verwiesen.For further information, reference is made to the description of the device according to the invention and the figure.

Die Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren zum Schützen eines Flüssigkeitsstrahls vor Umgebungseinflüssen im Rahmen der laser- und flüssigkeitsbasierten Behandlung der Werkstückoberfläche eines Werkstücks mit mindestens einem fokussierten Laserstrahl. Dieser wird durch eine Düse eines wie vorstehend beschriebenen Werkzeugkopfes in Richtung der Werkstückoberfläche durch den Flüssigkeitsstrahl geleitet. Der Begriff „geleitet” muss hierbei von dem Begriff „geführt” abgegrenzt werden. Beim „Führen” nutzt der Laserstrahl die Wandungen des Flüssigkeitsstrahls, an denen er durch Totalreflexion reflektiert wird. Beim „Leiten” hingegen tritt der Laserstrahl durch die Flüssigkeitssäule des Flüssigkeitsstrahls hindurch, ohne mit dessen Wandungen zu interagieren. Demnach ist die Qualität der Wandungen, anders als im Stand der Technik, auch unerheblich für das Behandlungsergebnis, sofern der Laserstrahl jederzeit allseitig von Flüssigkeit umgeben ist. Daher ist vorgesehen, dass der Schutz im Bereich des Werkzeugkopfes durch die Wandungen der Düse, und jenseits des Werkzeugkopfes durch den Flüssigkeitsfilm, der den Flüssigkeitsstrahl umgibt, bereitgestellt wird.The invention thus also relates to a method for protecting a liquid jet from environmental influences in the context of the laser and liquid-based treatment of the workpiece surface of a workpiece with at least one focused laser beam. This is passed through a nozzle of a tool head as described above in the direction of the workpiece surface through the liquid jet. The term "directed" must be delimited from the term "led". When "guiding" the laser beam uses the walls of the liquid jet, where it is reflected by total reflection. On the other hand, in the case of "conduction", the laser beam passes through the liquid column of the liquid jet without interacting with its walls. Accordingly, the quality of the walls, unlike in the prior art, also irrelevant to the treatment result, if the laser beam is always surrounded on all sides by liquid. Therefore, it is envisaged that the protection in the area of the tool head is provided by the walls of the nozzle, and beyond the tool head by the liquid film surrounding the liquid jet.

Der Schutz wird demnach zunächst durch eine Düse erzielt, die so lang ist, dass sie möglichst nah an die Werkstückoberfläche heranreicht. Somit bildet sich kein „Freistrahl” aus, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Eine Beeinflussung der durch die Düsenwandungen geschützten Mantelfläche des Flüssigkeitsstrahls durch Spritzer ist ausgeschlossen.The protection is thus initially achieved by a nozzle which is so long that it comes as close as possible to the workpiece surface. Thus, no "free jet" is formed, as known from the prior art. An influence of the nozzle walls protected by the shell surface of the liquid jet by splashes is excluded.

Ferner wird der Schutz außerhalb der Düse, genauer, jenseits der Düsenstirnfläche, durch den Flüssigkeitsstrahl selber bereitgestellt bzw. ermöglicht. Um die Problematik eines Freistrahls (s. o.) zu vermeiden, bildet die ausströmende Flüssigkeit im Bearbeitungsspalt einen Flüssigkeitsfilm, der den Laserstrahl auch im Bereich des Wirkorts, also an der Werkstückoberfläche, allseitig umschließt. Ein Gas zum Schutz der Mantelfläche des Flüssigkeitsstrahls ist obsolet, da die genaue Geometrie der Mantelfläche des Flüssigkeitsfilms unerheblich ist. Der Schutz wird jenseits der Düse ausschließlich durch Flüssigkeit bereitgestellt, die durch die Düse geströmt ist, und zwar besonders bevorzugt durch die Behandlungsflüssigkeit selber.Further, the protection outside the nozzle, more specifically, beyond the nozzle face, is provided by the liquid jet itself. In order to avoid the problem of a free jet (see above), the outflowing liquid in the machining gap forms a liquid film which encloses the laser beam on all sides also in the region of the action location, ie on the workpiece surface. A gas to protect the lateral surface of the liquid jet is obsolete, since the exact geometry of the lateral surface of the liquid film is irrelevant. The protection is provided beyond the nozzle solely by liquid which has flowed through the nozzle, more preferably by the treatment liquid itself.

Zusammengefasst weist das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte auf:

• – Eingeben der Behandlungsflüssigkeit in die Düse,
• – Formen eines innerhalb der Düse verlaufenden ersten Abschnitts eines Flüssigkeitsstrahls,
• – Formen eines im Bearbeitungsspalt zwischen Düsenstirnfläche und Werkstückoberfläche angeordneten Flüssigkeitsfilms,
• – Formen eines restlichen Abschnitts des Flüssigkeitsstrahls im Bearbeitungsspalt, so dass dieser Abschnitt vom Flüssigkeitsfilm umschlossen ist,
• – Durchleiten eines fokussierten Laserstrahls durch beide Abschnitte des durch Düsenwandungen bzw. Flüssigkeitsfilm geschützten Flüssigkeitsstrahls auf die Werkstückoberfläche.

In summary, the method according to the invention has the following steps:

• Introducing the treatment liquid into the nozzle,
• Shaping a first section of a liquid jet running inside the nozzle,
• Shaping a liquid film arranged in the machining gap between the nozzle end face and the workpiece surface,
• Forming a remaining section of the liquid jet in the machining gap, so that this section is enclosed by the liquid film,
• - Passing a focused laser beam through both portions of the nozzle walls or liquid film protected liquid jet to the workpiece surface.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fokusebene des Laserstrahls derart eingestellt, so dass der Laserstrahl auf direktem Wege ohne Reflexion am Flüssigkeitsstrahl zum auf der Werkstückoberfläche liegenden Wirkort gelangt. Das bedeutet, dass der Querschnitt des Wirkorts unabhängig von dem Querschnitt des Flüssigkeitsstrahls wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Qualität des im Flüssigkeitsstrahl geführten Laserstrahls nicht mehr von der Qualität der Mantelfläche des Flüssigkeitsstrahls abhängt, da er mit dieser nicht mehr interagiert.According to a preferred embodiment, the focal plane of the laser beam is adjusted so that the laser beam passes directly to the action surface lying on the workpiece surface without reflection on the liquid jet. This means that the cross-section of the active site is independent of the cross-section of the liquid jet. Another advantage is that the quality of the laser beam guided in the liquid jet no longer depends on the quality of the lateral surface of the liquid jet, since it no longer interacts with it.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Fokusebene des Laserstrahls derart eingestellt, dass sie auf der Werkstückoberfläche liegt. Das bedeutet, dass die maximal zur Verfügung stehende Laserenergie gerade auf der Werkstückoberfläche konzentriert ist. Auf diese Weise ist eine möglichst effiziente Ausnutzung des Lasers als Energiequelle am Wirkort gewährleistet. According to a particularly preferred embodiment, the focal plane of the laser beam is adjusted so that it lies on the workpiece surface. This means that the maximum available laser energy is just concentrated on the workpiece surface. In this way, the most efficient utilization of the laser as an energy source at the site of action is ensured.

Dies bedeutet auch, dass die Einstellung der Größe des Wirkorts auf der Werkstückoberfläche ausschließlich mittels der Fokussierung des Laserstrahls erfolgen kann. Wie bereits erwähnt ist dies möglich, weil erfindungsgemäß Laserstrahl und Flüssigkeitsstrahl in ihrem Querschnitt unabhängig voneinander sind, solange Ersterer nicht größer (breiter) als Letzterer ist. Für den Fall eines nicht-runden, insbesondere schlitzförmigen Querschnitts der Düse kann die Anpassung der Größe des Wirkorts zusätzlich oder alternativ auch durch eine abtastende, „scannende” Bewegung des Laserstrahls erfolgen. Hierzu ist bevorzugt ein Galvokopf zu verwenden.This also means that the adjustment of the size of the action location on the workpiece surface can be done exclusively by means of the focusing of the laser beam. As already mentioned, this is possible because, according to the invention, the laser beam and the liquid jet are independent in their cross-section, as long as the former is not larger (wider) than the latter. In the case of a non-round, in particular slot-shaped cross-section of the nozzle, the adaptation of the size of the action location can additionally or alternatively also be effected by a scanning, "scanning" movement of the laser beam. For this purpose, a galvo head is preferably to be used.

Bevorzugt erfolgt die Einstellung der Laserenergie, und dabei insbesondere der Energie, welche der Laser am Wirkort entfaltet, mittels Variation der Pulslänge des Laserstrahls. Eine derartige Einstellung ist besonders leicht realisierbar. Zusätzlich oder alternativ kann die Einstellung auch mittels einer Veränderung der Fokusebene, einer Abschwächung des Strahlengang, oder einer Anpassung der vom den Laserstrahl erzeugenden Laser aufgenommenen elektrischen Leistung erfolgen.Preferably, the adjustment of the laser energy, and in particular of the energy which the laser unfolds at the site of action, by means of variation of the pulse length of the laser beam. Such a setting is particularly easy to implement. Additionally or alternatively, the setting can also be effected by means of a change in the focal plane, a weakening of the beam path, or an adaptation of the electrical power generated by the laser beam generating laser.

Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung realisieren, wenn folgende Maße eingehalten werden: Breite des Bearbeitungsspalts zwischen 0,01 und 5 mm, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 mm, besonders bevorzugt 0,2 mm; oder Breite des Bearbeitungsspalts zwischen 5% und 500%, bevorzugt zwischen 20% und 100%, besonders bevorzugt 50% des kleinsten Düsenquerschnittsmaßes, gemessen am Düsenausgang. Dieses ist für den Fall einer runden Düse der Durchmesser, und für den Fall einer schlitzförmigen Düse die kürzere der beiden Seiten, welche das Rechteck des Querschnitts bilden. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung auch mit anderen Werten realisierbar ist. Wesentlich ist lediglich, dass sich während des Betriebs der oben erwähnte, mindestens teilweise mit Flüssigkeit gefüllte Bearbeitungsspalt bilden kann.The invention can be implemented particularly advantageously if the following dimensions are maintained: width of the machining gap between 0.01 and 5 mm, preferably between 0.1 and 0.5 mm, particularly preferably 0.2 mm; or width of the machining gap between 5% and 500%, preferably between 20% and 100%, particularly preferably 50% of the smallest nozzle cross-sectional dimension, measured at the nozzle outlet. This is for the case of a round nozzle the diameter, and in the case of a slit-shaped nozzle, the shorter of the two sides, which form the rectangle of the cross section. However, it is clear that the invention can also be realized with other values. It is only essential that the above-mentioned, at least partially filled with liquid machining gap can form during operation.

Ferner bevorzugt ist, dass die Flüssigkeit unter allseits gleichem Druck aus dem Flüssigkeitszuführbereich in die Düse einströmt. Auf diese Weise lässt sich ein gleichmäßiger und nach Möglichkeit laminarer Flüssigkeitsstrahl realisieren.It is further preferred that the liquid flows in from all sides under the same pressure from the liquid feed area into the nozzle. In this way, a uniform and possibly laminar liquid jet can be realized.

Wie bereits erwähnt, ist die Einhaltung des korrekten Bearbeitungsabstands für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich. Im Prinzip können zur Abstandsregelung aktive, d. h. messende Verfahren zum Einsatz kommen. Bevorzugt sind jedoch passive Verfahren, bei welchen sich der Bearbeitungsabstand selbsttätig nachregelt, wenn beispielsweise eine unebene Oberfläche bearbeitet wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird daher der Bearbeitungsabstand über den Druck der Flüssigkeit reguliert. Das bedeutet, dass bei zunehmendem Druck der Bearbeitungsabstand steigt, und bei abnehmendem Druck sinkt. Ändert sich der Bearbeitungsabstand, wird sich auch der Gegendruck ändern, mit welchem sich der Werkzeugkopf von der Werkstückoberfläche abzustoßen sucht. Ist der Werkzeugkopf beispielsweise mittels Federn aufgehängt, so wird er sich selbsttätig soweit an die Werkstückoberfläche annähern beziehungsweise von ihr entfernen, bis sich Gegendruck und Federdruck die Waage halten. Durch Verändern der Federspannung oder des Ausströmdruckes kann der Bearbeitungsabstand aktiv verändert werden.As already mentioned, compliance with the correct processing distance is essential for the method according to the invention. In principle, for distance control active, d. H. measuring methods are used. However, preference is given to passive methods in which the machining distance automatically adjusts itself, for example when an uneven surface is being processed. According to a preferred embodiment, therefore, the machining distance is regulated by the pressure of the liquid. This means that as the pressure increases, the machining distance increases and decreases with decreasing pressure. As the machining distance changes, so will the backpressure with which the tool head seeks to repel the workpiece surface. If the tool head is suspended, for example, by means of springs, it will automatically approach the workpiece surface as far as it will go or be removed from it until counter-pressure and spring pressure hold the balance. By changing the spring tension or the Ausströmdruckes the machining distance can be actively changed.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform bewegt sich der Werkzeugkopf während der Behandlung entlang der Werkstückoberfläche. Eine derartige Bewegung ist aus dem stand der Technik hinlänglich bekannt und braucht daher nicht weiter ausgeführt zu werden.According to a particularly preferred embodiment, the tool head moves during the treatment along the workpiece surface. Such a movement is well known from the prior art and therefore need not be further elaborated.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für eine nasschemische Bearbeitung von Werkstückoberflächen vorgesehen. Demnach ist die Flüssigkeit eine Ätzflüssigkeit. Besonders vorteilhaft kann das Verfahren zur Strukturierung einer Silizium umfassenden Oberfläche verwendet werden. Somit ist das Verfahren beispielsweise vorteilhaft zur Mikrostrukturierung von dünnen Siliziumnitridschichten, welche als Antireflexbeschichtung bei kommerziellen Solarzellen dienen, einsetzbar. Aber auch Schichten, welche sich z. B. mit Phosphorsäure bearbeiten lassen, sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt bearbeitbar. Das entsprechende Substrat kann beispielsweise aus Silizium, Glas, Metall, Keramik oder Kunststoff bestehen und gegebenenfalls mit einer nasschemisch bearbeitbaren Schicht versehen sein.The method according to the invention is provided in particular for wet-chemical processing of workpiece surfaces. Accordingly, the liquid is an etching liquid. The method can be used particularly advantageously for structuring a surface comprising silicon. Thus, the method is for example advantageous for microstructuring of thin silicon nitride layers, which serve as an antireflection coating in commercial solar cells used. But also layers, which are z. B. can be processed with phosphoric acid, are preferably processed by the method according to the invention. The corresponding substrate may for example consist of silicon, glass, metal, ceramic or plastic and optionally be provided with a wet-processable layer.

Nach einer anderen Ausführungsform enthält die Flüssigkeit mindestens einen Dotierstoff, und das erfindungsgemäße Verfahren wird zum Dotieren von einer Silizium umfassenden Oberfläche verwendet. Die Oberfläche des Substrats kann somit auf einfache Weise lokal dotiert werden. Durch Verwendung einer metallhaltigen Flüssigkeit kann eine dünne Metallschicht auf der Werkstückoberfläche erzeugt werden, welche beispielsweise als Keimschicht für eine nachfolgende Galvanik dienen kann.According to another embodiment, the liquid contains at least one dopant, and the method according to the invention is used for doping a surface comprising silicon. The surface of the substrate can thus be doped locally in a simple manner. By using a metal-containing liquid, a thin metal layer can be produced on the workpiece surface, which can serve as a seed layer for subsequent electroplating, for example.

Die Erfindung offenbart ferner einen Werkzeugkopf zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur laser- und flüssigkeitsbasierten Behandlung eines Werkstücks gemäß vorstehender Ausführungsformen. Zur Erläuterung wird auf die nachfolgende, auf die 1 Bezug nehmende Beschreibung verwiesen. The invention further discloses a tool head for carrying out the method according to the invention for the laser and liquid-based treatment of a workpiece according to the above embodiments. For explanation, reference is made to the following, to the 1 Referenced description.

Zusammengefasst stellt die Erfindung einen Flüssigkeitsstrahl, welcher einen Laserstrahl umschließt, bereit, wobei der Flüssigkeitsstrahl unempfindlich gegenüber äußeren Störungen, wie zum Beispiel der Tröpfchenbildung beim Verlassen der Flüssigkeit aus der Düse, ist. Hohe Kosten aufgrund der Verwendung eines Schutzgases werden effektiv vermieden, da ein entsprechendes Gas nicht benötigt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls ist weitgehend unabhängig von seiner Strahlqualität, d. h., die Strömungsgeschwindigkeit kann in weiten Bereichen variiert werden, ohne dass die Qualität des Flüssigkeitsstrahls davon beeinflusst wird.In summary, the invention provides a fluid jet which encloses a laser beam, the fluid jet being insensitive to external disturbances, such as droplet formation upon exiting the fluid from the nozzle. High costs due to the use of an inert gas are effectively avoided because a corresponding gas is not needed. The flow velocity of the liquid jet is largely independent of its beam quality, i. that is, the flow rate can be varied widely without affecting the quality of the liquid jet.

Zudem ist die Größe des Wirkorts auf der Oberfläche des Werkstücks praktisch unabhängig von der Größe, insbesondere dem Querschnitt, des Flüssigkeitsstrahls.In addition, the size of the site of action on the surface of the workpiece is practically independent of the size, in particular the cross section, of the liquid jet.

Figurenbeschreibungfigure description

Im Folgenden wird der erfindungsgemäße Werkzeugkopf unter Bezugnahme auf die einzige 1 detailliert erläutert, in welcher seine wesentlichen Komponenten grob schematisch dargestellt sind.In the following, the tool head according to the invention is described with reference to the only 1 explained in detail, in which its essential components are shown roughly schematically.

Der erfindungsgemäße Werkzeugkopf 1 dient der laser- und flüssigkeitsbasierten Behandlung eines Werkstücks 2.The tool head according to the invention 1 is used for the laser- and liquid-based treatment of a workpiece 2 ,

Es ist klar, dass das Werkstück 2 selbst nicht Teil der Vorrichtung ist. Typischerweise ist es auf einer Transportvorrichtung in einer Transportebene angeordnet (jeweils nicht dargestellt). Diese Transportvorrichtung ist nicht zwingender Bestandteil der Erfindung, dieser ggf. jedoch funktional zugeordnet. Optional stellt diese Transportvorrichtung eine Transportrichtung bereit, in welche das Werkstück 2 transportierbar ist. Als transportierende Mittel kommen insbesondere Bänder, Riemen, Halter oder auch auf Luft- oder Flüssigkeitsströmung basierende Fluidkissen in Betracht. Bevorzugt steht die Strahlachse des Laserstrahls L und somit typischerweise des Flüssigkeitsstrahls senkrecht auf der Werkstückoberfläche 2'. Für den typischen Fall, dass das Werkstück 2 als flaches Substrat vorliegt, stehen die Strahlachsen somit auch senkrecht auf der Transportebene.It is clear that the workpiece 2 itself is not part of the device. Typically, it is arranged on a transport device in a transport plane (not shown in each case). This transport device is not a mandatory part of the invention, this but possibly assigned functionally. Optionally, this transport device provides a transport direction into which the workpiece 2 is transportable. As transporting means are in particular tapes, belts, holders or even based on air or liquid flow fluid cushion into consideration. Preferably, the beam axis of the laser beam L and thus typically the liquid jet is perpendicular to the workpiece surface 2 ' , For the typical case that the workpiece 2 is present as a flat substrate, the beam axes are thus also perpendicular to the transport plane.

Der Werkzeugkopf 1 ist in einem Bearbeitungsabstand 3 von der Werkstückoberfläche 2' angeordnet. Ferner ist er in einen im Bild unten liegenden Nassbereich 4 und einen im Bild oben liegenden Trockenbereich 5 aufgeteilt.The tool head 1 is at a machining distance 3 from the workpiece surface 2 ' arranged. It is also in a wet area below 4 and a dry area in the picture above 5 divided up.

In den Nassbereich 4 ist Flüssigkeit F, im Bild angedeutet durch eine wellenförmige Schraffur, durch einen Flüssigkeitszuführbereich 6 mit einer Flüssigkeitskammer 10 eingebbar. Diese ist in der Figur beidseitig offen dargestellt, wobei klar ist, dass die Öffnungen lediglich dem Einströmen der Flüssigkeit F dienen. Die genaue Anordnung der Flüssigkeitskammer ist unerheblich; so kann sie nach einer nicht gezeigten Ausführungsform auch unmittelbar am Ende der Düse 7 angeordnet und/oder aus einer Mehrzahl kleinerer Kammern oder Kanäle gebildet sein. Die Flüssigkeit F verlässt den Nassbereich 4 wieder durch eine ebenfalls im Nassbereich 4 angeordnete Düse 7 in Richtung der Werkstückoberfläche 2'. In nicht dargestellten Fällen können auch mehr als eine Düse im Werkzeugkopf 1 vorhanden sein.In the wet area 4 is liquid F, indicated in the picture by a wavy hatching, through a Flüssigkeitszuführbereich 6 with a fluid chamber 10 be entered. This is shown open on both sides in the figure, it being understood that the openings are only the inflow of liquid F. The exact arrangement of the liquid chamber is irrelevant; so it may according to an embodiment not shown directly at the end of the nozzle 7 arranged and / or formed of a plurality of smaller chambers or channels. The liquid F leaves the wet area 4 again by a likewise in the wet area 4 arranged nozzle 7 in the direction of the workpiece surface 2 ' , In cases not shown, more than one nozzle in the tool head 1 to be available.

Vom Trockenbereich 5 aus ist mindestens ein fokussierter Laserstrahl L in die Düse 7 einstrahlbar. Vorzugsweise erfolgt das Einstrahlen, wie dargestellt, durch eine den Trockenbereich 5 vom Nassbereich 4 separierende transparente Trennschicht 8 hindurch. In bestimmten, nicht gezeigten Fällen kann hingegen auf die Trennschicht 8 verzichtet werden, bzw. die Trennschicht 8 besteht aus Luft oder einem anderen Gas(gemisch). Auch eine Anordnung der Laserquelle innerhalb des Nassbereiches 4 ist denkbar. Die Kontur des Laserstrahls L ist in der Figur durch die gestrichelte Linie angedeutet. Die Achse des Laserstrahls verläuft dabei parallel, und besonders bevorzugt kollinear mit der Achse des Flüssigkeitsstrahls sowie mit der Längsachse der Düse. Es ist klar, dass die Kontur des Laserstrahls L an den Querschnitt der Düse 7 angepasst sein sollte. Demnach kann der Laserstrahl im Falle einer runden Düse 7 rund oder im Falle einer schlitzförmigen Düse linien- oder fächerförmig ausgebildet sein, wobei zur Ausbildung eines linienförmigen Laserstrahls L bevorzugt ein Galvokopf verwendet wird. Für den Fall einer schlitzförmigen Düse können bevorzugt dieselbe auch mehrere, beispielsweise parallel zueinander stehende, Laserstrahlen L (nicht gezeigt) durchstrahlen. Das transparente Material der Trennschicht 8 ist durch die punktierte Schraffur angedeutet. Es ist klar, dass die Trennschicht 8 horizontal nicht durchgängig ausgebildet sein muss, sondern, wie dargestellt, als Einsatz in einem nicht transparenten Rahmen in den Strahlengang eingebracht sein kann. Die Fokussierung erfolgt in der dargestellten Ausführungsform mittels einer Linse 9. Diese kann Bestandteil des Werkzeugkopfes 1 sein, oder diesem lediglich funktionell zugeordnet sein. Es ist klar, dass zusätzlich entsprechende Haltevorrichtungen vorhanden sein müssen, um die Linse 9 zu fixieren, die jedoch aus Übersichtsgründen nicht dargestellt sind.From the dry area 5 out is at least one focused laser beam L in the nozzle 7 be radiated. Preferably, the irradiation, as shown, by a drying area 5 from the wet area 4 separating transparent separating layer 8th therethrough. In certain, not shown cases, however, can on the release layer 8th be omitted, or the separation layer 8th consists of air or another gas (mixture). Also an arrangement of the laser source within the wet area 4 is conceivable. The contour of the laser beam L is indicated in the figure by the dashed line. The axis of the laser beam runs parallel, and particularly preferably collinear with the axis of the liquid jet and with the longitudinal axis of the nozzle. It is clear that the contour of the laser beam L to the cross section of the nozzle 7 should be adjusted. Accordingly, the laser beam in the case of a round nozzle 7 be round or in the case of a slot-shaped nozzle line or fan-shaped, wherein for forming a line-shaped laser beam L preferably a galvo head is used. In the case of a slot-shaped nozzle, the same can preferably also transmit through a plurality of laser beams L (not shown) standing parallel to one another, for example. The transparent material of the release layer 8th is indicated by the dotted hatching. It is clear that the separation layer 8th must not be horizontally formed, but, as shown, can be introduced as an insert in a non-transparent frame in the beam path. The focusing takes place in the illustrated embodiment by means of a lens 9 , This can be part of the tool head 1 be, or this only be assigned functionally. It is clear that in addition corresponding holding devices must be present to the lens 9 to fix, which are not shown for reasons of clarity.

Sofern, wie dargestellt, Flüssigkeit F durch die Düse 7 strömt, ist mit dieser ein Flüssigkeitsstrahl formbar, mittels welchem der Laserstrahl L innerhalb der Düse 7 umschließbar ist. If, as shown, liquid F through the nozzle 7 flows, with this a liquid jet is malleable, by means of which the laser beam L within the nozzle 7 is umschließbar.

Erfindungsgemäß ist die Länge der Düse 7 derart bemessen, dass der Flüssigkeitsstrahl auf einem ersten Abschnitt seiner gesamten Länge von der Düse 7 umschlossen ist, so dass er weitgehend in ihrem Inneren verlaufen kann. Somit verlässt der Laserstrahl L die Flüssigkeit im Inneren der Düse 7 zu keinem Zeitpunkt, und er kommt auch nicht mit der Mantelfläche des Flüssigkeitsstrahls in Berührung. Ferner sieht die Erfindung vor, dass zwischen Düsen-Stirnfläche 7' und Werkstückoberfläche 2' ein Bearbeitungsspalt 3' geformt wird, welcher beim Betrieb des Werkzeugkopfes 1 vollständig von einem Flüssigkeitsfilm F' ausgefüllt ist, so dass der Flüssigkeitsstrahl auf seinem restlichen Abschnitt von diesem Flüssigkeitsfilm F' umgebbar und schätzbar ist. Die im Bild vertikal zu messende Höhe des Bearbeitungsspalts 3' entspricht dem Bearbeitungsabstand 3. Der Flüssigkeitsfilm F' reicht typischerweise, wie angedeutet, über die Breite des Werkzeugkopfes 1 oder zumindest der Düsenstirnfläche 7' hinaus. Er kann jedoch auch kleiner als die Düsenstirnfläche 7' sein, sofern sichergestellt ist, dass ein ausreichender, allumfänglicher Mindestabstand zwischen Laserstrahl(en) und seitlichem Rand des Flüssigkeitsfilms besteht.According to the invention, the length of the nozzle 7 such that the liquid jet is at a first portion of its entire length from the nozzle 7 is enclosed, so that it can run largely inside. Thus, the laser beam L leaves the liquid inside the nozzle 7 at no time, and he comes also not with the lateral surface of the liquid jet in touch. Furthermore, the invention provides that between the nozzle end face 7 ' and workpiece surface 2 ' a machining gap 3 ' is formed, which during operation of the tool head 1 is completely filled by a liquid film F ', so that the liquid jet on its remaining portion of this liquid film F' umber be estimated and estimated. The height of the machining gap to be measured vertically in the picture 3 ' corresponds to the machining distance 3 , The liquid film F 'typically extends over the width of the tool head, as indicated 1 or at least the nozzle face 7 ' out. However, it can also be smaller than the nozzle face 7 ' provided it is ensured that there is a sufficient, overall minimum distance between the laser beam (s) and the lateral edge of the liquid film.

Durch die Verwendung einer Düse 7, welche den Flüssigkeitsstrahl allseitig und über seine gesamte Länge hinweg umschließt, wird dieser vollkommen unempfindlich gegenüber äußeren Störungen und löst somit aufgrund dieser Konfiguration ein wesentliches Problem, welches der Erfindung zugrunde liegt. Tröpfchen können gar nicht erst entstehen, da die Düsen-Stirnfläche 7' im Unterschied zu den bekannten Vorrichtungen dazu geeignet ist, bis nahezu unmittelbar an die Werkstückoberfläche 2' zu reichen. Der erste Abschnitt des Flüssigkeitsstrahls endet somit am Ausgang der Düse 7, also an ihrer Düsen-Stirnfläche 7'. Auch dort kommt der restliche Abschnitt des Flüssigkeitsstrahls nicht mit der Umgebungsluft in Kontakt, sondern zerfließt im Bearbeitungsspalt 3' in alle Richtungen und bildet somit selber den ihn schützenden Flüssigkeitsfilm F'. Auf diese Weise werden auch Gasbläschen oder Bearbeitungsrückstände, die beispielsweise bei einem Ätzvorgang anfallen, wirksam ausgespült. Ein Gasstrahl, der den Flüssigkeitsstrahl insbesondere im restlichen Abschnitt, also jenseits der Düsen-Stirnfläche 7', umschließt, ist weder notwendig noch vorgesehen. Somit entfallen sowohl der zusätzliche konstruktive Aufwand als auch die Medienkosten. Die Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls spielt für die Strahlqualität keine wesentliche Rolle mehr. Insbesondere sind auch geringe Strömungsgeschwindigkeiten möglich, die bei einem „Freistrahl”, also einem mindestens teilweise im Freien verlaufenden Flüssigkeitsstrahl, zu keinem stabilen oder sehr leicht störbarem Strahl führen wurden. Zugleich wird ein unnötig hoher Medienverbrauch bzw. -durchsatz vermieden.By using a nozzle 7 which encloses the liquid jet on all sides and over its entire length, this is completely insensitive to external disturbances and thus solves a significant problem due to this configuration, which is the basis of the invention. Droplets can not even arise because the nozzle face 7 ' in contrast to the known devices is suitable to almost directly to the workpiece surface 2 ' to reach. The first section of the liquid jet thus ends at the exit of the nozzle 7 , that is, on its nozzle end face 7 ' , Also there, the remaining portion of the liquid jet does not come into contact with the ambient air, but dissolves in the machining gap 3 ' in all directions and thus forms itself the liquid film F 'protecting it. In this way, gas bubbles or processing residues that occur, for example, during an etching process, effectively rinsed. A gas jet, the liquid jet in particular in the remaining portion, ie beyond the nozzle end face 7 ' , encloses, is neither necessary nor intended. This eliminates both the additional design effort and the media costs. The flow velocity of the liquid jet no longer plays a significant role in the quality of the jet. In particular, even low flow velocities are possible, which would result in a "free jet", that is, a liquid jet extending at least partially outside, to no stable or very easily disturbing jet. At the same time, unnecessarily high media consumption or throughput is avoided.

Nach einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich eine Werkstückauflage auf. Die Werkstückauflage dient der Aufnahme des Werkstücks 2. Mit ihr ist das Werkstück 2 derart positionierbar, dass sich zwischen seiner Werkstückoberfläche 2' und der Düsenstirnfläche 7' der Flüssigkeitsfilm F' in erfindungsgemäßer Weise im Bearbeitungsspalt 3' bilden kann. Dazu ist der Auflageabstand zwischen Düsen-Stirnfläche 7' und Werkstückauflage vorzugsweise einstellbar. Der Auflageabstand ist demnach, jedenfalls für ein ebenes, flaches Werkstück 2, die Summe aus Werkstückdicke und Dicke des Flüssigkeitsfilms F' bzw. Bearbeitungsspalt 3'.According to a further, not shown embodiment, the device additionally has a workpiece support. The workpiece support serves to receive the workpiece 2 , With her is the workpiece 2 positionable so that between its workpiece surface 2 ' and the nozzle face 7 ' the liquid film F 'in accordance with the invention in the machining gap 3 ' can form. For this purpose, the support distance between the nozzle end face 7 ' and workpiece support preferably adjustable. The support distance is therefore, at least for a flat, flat workpiece 2 , the sum of workpiece thickness and thickness of the liquid film F 'or machining gap 3 ' ,

Wie ersichtlich, ist die Düse 7 nach der in der Figur dargestellten bevorzugten Ausführungsform derart bemessen, dass sie vom Laserstrahl L auf direktem Wege und somit ohne Reflexion desselben an ihrer Innenwand durchstrahlbar ist. „Bemessen” bedeutet, dass die Geometrie der Düse, also ihre Länge und ihr Querschnitt, und die Geometrie des durch die gestrichelte dünne Linie symbolisierten Laserstrahls L so aufeinander abgestimmt sind, dass die „Mantelfläche” des Laserstrahls L im Bereich der Düse 7 nicht mit der Mantelfläche des Flüssigkeitsstrahls interagiert. Es ist klar, dass dies sowohl durch Anpassung der Düsengeometrie als auch der Strahlgeometrie erfolgen kann. Die genaue Ausgestaltung hängt von den jeweiligen gewünschten Parametern wie Strömungsgeschwindigkeit, Viskosität, Flussrate, Querschnitt im Fokuspunkt etc. ab. Sie muss demnach vom Fachmann angepasst werden, was denselben jedoch vor keinerlei Probleme stellen wird.As can be seen, the nozzle is 7 according to the preferred embodiment shown in the figure dimensioned such that it can be irradiated by the laser beam L on a direct path and thus without reflection thereof on its inner wall. "Sizing" means that the geometry of the nozzle, ie its length and its cross-section, and the geometry of the symbolized by the dashed thin line laser beam L are coordinated so that the "lateral surface" of the laser beam L in the nozzle 7 not interacting with the surface of the liquid jet. It is clear that this can be done both by adjusting the nozzle geometry and the beam geometry. The exact configuration depends on the respective desired parameters such as flow velocity, viscosity, flow rate, cross section in the focal point, etc. It must therefore be adapted by the expert, but this will not pose any problems.

Nach der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist die Düse 7 derart bemessen, dass die Fokusebene, also die Ebene, in welcher der „Brennfleck” des Laserstrahls L liegt, auf der Werkstückoberfläche 2' positioniert ist. Das bedeutet, dass der Laserstrahl L zu einer maximalen Wärmeentwicklung am Wirkort führt. Es ist klar, dass sich auch hier der Begriff „bemessen” auf eine Abstimmung von Düsengeometrie und Laserstrahl bezieht, wie sie bereits weiter oben beschrieben wurde.In the illustrated preferred embodiment, the nozzle is 7 dimensioned such that the focal plane, ie the plane in which the "focal spot" of the laser beam L is located, on the workpiece surface 2 ' is positioned. This means that the laser beam L leads to a maximum heat development at the site of action. It is clear that the term "measured" also refers here to a tuning of the nozzle geometry and laser beam, as already described above.

Durch die Verwendung eines Laserstrahls L, dessen Fokusebene am Wirkort, also der Werkstückoberfläche 2', liegt, ist es möglich, dass die Einstellung der Größe des Wirkorts auf der Werkstückoberfläche 2' ausschließlich mittels der Fokussierung des Laserstrahls L erfolgt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren aus dem Stand der Technik, bei denen ein Laserstrahl mittels an den Innenseiten eines Flüssigkeitsstrahls auftretender Totalreflexion geführt wird, da hier Breite des Flüssigkeits- und Laserstrahls miteinander korrelieren oder sich gegenseitig beeinflussen. Sind kleine Wirkort-Abmessungen gewünscht, müssen auch dünne Flüssigkeitsstrahlen verwendet werden. Dünne Flüssigkeitsstrahlen müssen jedoch zur Erreichung einer ausreichenden Stabilität schnell strömen, was aber zu einer erhöhten Tröpfchenbildung an der (mit Luft in Kontakt kommenden) Düsenspitze führt. Da die Größe derartiger Tröpfchen nicht proportional mit steigender Strömungsgeschwindigkeit abnimmt, sondern im Wesentlichen unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit gleich bleibt, nimmt die Größe der Tröpfchen und somit ihre Störwirkung relativ zum dünner werdenden Flüssigkeitsstrahl zu, was zu einer Verschlechterung der Strahlqualität des Flüssigkeits- und somit des Laserstrahls am Wirkort führt. Diese Problematik wird mit der vorliegenden Vorrichtung wirksam vermieden.By using a laser beam L whose focal plane at the site of action, ie the workpiece surface 2 ' , it is possible that the setting of the size of the action location on the workpiece surface 2 ' exclusively by means of the focusing of the laser beam L. This is a significant advantage over known devices and methods of the prior art, in which a laser beam by means of the insides of a Liquid jet occurring total reflection is performed, since here width of the liquid and laser beam correlate or influence each other. If small site dimensions are desired, thin liquid jets must also be used. However, thin jets of liquid must flow rapidly to achieve sufficient stability, but this results in increased droplet formation at the (air contacting) nozzle tip. Since the size of such droplets does not decrease proportionally with increasing flow velocity, but remains essentially independent of the flow velocity, the size of the droplets and thus their interference increases relative to the thinning liquid jet, resulting in a deterioration of the beam quality of the liquid and thus the Laser beam leads at the site of action. This problem is effectively avoided with the present device.

Nach der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Düse 7 rund oder schlitzförmig ausgebildet, und/oder sie weist eine plattenförmige Stirnfläche 7' auf. Untersuchungen haben ergeben, dass schon die sehr einfache und einfach herzustellende runde (zylindrische oder kegelförmig sich verjüngende) Düsenform zu guten Ergebnissen führt, und dass insbesondere Düsenformen, welche ein sich zum Ausgang hin aufweitendes Ende aufweisen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, zu keinen besseren oder gar zu schlechteren Ergebnissen führen können. Die alternative schlitzförmige Ausgestaltung weist einen lang gestreckten Kanal mit einem rechteckigen Querschnitt auf, der eine kurze und eine lange Seite hat. Durch die optional plattenförmige Ausgestaltung der Stirnfläche 7' der Düse 7 wird die Bildung des homogenen Flüssigkeitsfilms F' unterstützt. Dieser soll nicht nur den unmittelbaren Wirkort (Brennfleck des Laserstrahls L) bedecken, sondern mindestens die Querschnittsfläche der Düse 7 und somit des Flüssigkeitsstrahls aufweisen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch der Spitzenbereich des Laserstrahls L, welcher sich nicht mehr im (weitgehend innerhalb der Düse 7 verlaufenden) Flüssigkeitsstrahl, sondern bereits im Bearbeitungsspalt 3' befindet (restlicher Abschnitt des Flüssigkeitsstrahls), vor Umgebungseinflüssen geschützt ist.In the illustrated preferred embodiment, the nozzle is 7 round or slit-shaped, and / or it has a plate-shaped end face 7 ' on. Studies have shown that even the very simple and easy to produce round (cylindrical or conically tapered) nozzle shape leads to good results, and that in particular nozzle shapes, which have a widening towards the output end, as are known in the prior art , can not lead to better or even worse results. The alternative slot-shaped configuration has an elongated channel with a rectangular cross-section, which has a short and a long side. Due to the optional plate-like design of the end face 7 ' the nozzle 7 the formation of the homogeneous liquid film F 'is supported. This should cover not only the immediate site of action (focal spot of the laser beam L), but at least the cross-sectional area of the nozzle 7 and thus the liquid jet. In this way, it is ensured that the tip region of the laser beam L, which is no longer in (largely within the nozzle 7 running) liquid jet, but already in the machining gap 3 ' is located (remaining portion of the liquid jet), protected from environmental influences.

Insbesondere für den Fall einer (nicht gezeigten) schlitzförmigen Ausgestaltung der Düse 7 ist es bevorzugt, dass nicht nur ein einziger, sondern dass mehrere Laserstrahlen L in die Düse 7 eingekoppelt werden. Diese können fächerartig, ähnlich den Zinken eines Rechens, von einem gemeinsamen Ort ausgehen, der am Beginn der Düse 7 liegt, oder der im Bereich der Linse 9 oder einer komplexeren optischen Einheit angeordnet ist. Alternativ können die Laserstrahlen L aber auch parallel, ähnlich den Zinken eines Kamms, zueinander durch die Düse 7 laufen. Auf diese Weise lässt sich in einem Arbeitsgang ein Linienmuster erzeugen, und/oder eine flächige Bearbeitung erzielen. Durch Kopplung der einzelnen Laserstrahlen L mit Galvoköpfen (nicht dargerstellt) lassen sich auf einfache Weise sowohl nicht-lineare Linienmuster erzeugen, als auch Flächen variabler Breite auf der Werkstückoberfläche 2' bearbeiten.In particular, in the case of a (not shown) slit-shaped configuration of the nozzle 7 It is preferable that not only a single, but that several laser beams L in the nozzle 7 be coupled. These can fan out, similar to the tines of a rake, from a common place, the beginning of the nozzle 7 or in the area of the lens 9 or a more complex optical unit. Alternatively, however, the laser beams L may also be parallel to each other through the nozzle, similar to the prongs of a comb 7 to run. In this way, it is possible to generate a line pattern in one operation and / or to achieve a surface treatment. By coupling the individual laser beams L with galvo heads (not shown), both non-linear line patterns and areas of variable width on the workpiece surface can be generated in a simple manner 2 ' to edit.

Die in der Figur dargestellte bevorzugte Ausführungsform zeigt, dass der Nassbereich 4 eine scheibenförmige Flüssigkeitskammer 10 umfasst. Sie wird vorzugsweise durch eine diese ringförmig umgebende Versorgungsleitung (nicht dargestellt) gespeist, über welche die Flüssigkeit F unter allseits gleichem Druck aus dem Flüssigkeitszuführbereich 6 symmetrisch in die im Zentrum der Flüssigkeitskammer 10 beginnende Düse 7 einströmen kann. Auf diese Weise ist eine gleichmäßige, möglichst laminare Strömung des Flüssigkeitsstrahls erreichbar.The preferred embodiment shown in the figure shows that the wet area 4 a disc-shaped fluid chamber 10 includes. It is preferably fed by a supply line (not shown) surrounding this annularly, via which the liquid F is under the same pressure from the liquid supply region under all sides 6 symmetrical in the center of the fluid chamber 10 beginning nozzle 7 can flow in. In this way, a uniform, laminar as possible flow of the liquid jet can be achieved.

Bevorzugt ist der Bearbeitungsabstand 3 mittels Variation des Flüssigkeitsimpulses einstellbar, welcher sich aufgrund der aus der Düse 7 ausströmenden und auf die Werkstückoberfläche 2' auftreffenden Flüssigkeit F ergibt. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass sich unter Umständen das unter dem Namen „Bernoulli-Effekt” bekannte hydrodynamische Paradoxon einstellt. Nach diesem Effekt wird unterhalb eines Mindestabstandes ein angeströmter Körper in Richtung der ihn anströmenden Düse bewegt. Dieser Effekt kann jedoch gewünschtenfalls gerade zur Stabilisierung des Bearbeitungsabstandes 3 eingesetzt werden. Dem Fachmann ist es ohne weiteres möglich, die Geometrie- und Druckverhältnisse so einzustellen, dass sich die Erfindung in beschriebener Weise verwirklichen lässt, weswegen auf eine detaillierte Beschreibung der entsprechenden Möglichkeiten verzichtet wird.The machining distance is preferred 3 adjustable by means of variation of the liquid pulse, which is due to the out of the nozzle 7 outflowing and onto the workpiece surface 2 ' incident fluid F results. However, it must be ensured that the hydrodynamic paradox known as the "Bernoulli effect" may occur. After this effect, a streamed body is moved in the direction of the nozzle flowing to it below a minimum distance. However, this effect can, if desired, just to stabilize the machining distance 3 be used. It is readily possible for the person skilled in the art to set the geometry and pressure conditions in such a way that the invention can be realized in the manner described, for which reason a detailed description of the corresponding possibilities is dispensed with.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Werkzeugkopf 1 eine in der Figur rechts oberhalb der Trennschicht 8 symbolisch dargestellte Feder 11 oder ein gleichwirkendes Mittel, welche bzw. welches an einem ebenfalls symbolisch gezeigten Widerlager (ohne Bezugszeichen) fixiert ist. An der Feder 11 ist der Werkzeugkopf federnd gelagert. Auf diese Weise lässt sich besonders einfach die im vorhergehenden Absatz beschriebene Einstellbarkeit des Bearbeitungsabstandes 3 realisieren.According to a particularly preferred embodiment, the tool head comprises 1 one in the figure right above the separation layer 8th symbolically represented spring 11 or an equivalent means, which or which is fixed to an abutment also shown symbolically (without reference numerals). At the spring 11 the tool head is spring-mounted. In this way, the adjustability of the machining distance described in the preceding paragraph is particularly simple 3 realize.

Die 1 zeigt außerdem schematisch eine bevorzugt vorhandene Linse 9, welche zur Fokussierung des Laserstrahls L eingesetzt wird. Es ist klar, dass ggf. entsprechende Halterungen notwendig sind, und dass neben einer einfachen Linse 9 auch komplexere optische Einheiten Teil des Werkzeugkopfes 1 sein können. Alternativ können die optischen Komponenten dem Werkzeugkopf 1 funktional zugeordnet und an ihn ankoppelbar sein.The 1 also shows schematically a preferred existing lens 9 , which is used to focus the laser beam L. It is clear that appropriate brackets may be necessary, and that in addition to a simple lens 9 even more complex optical units part of the tool head 1 could be. Alternatively, the optical components may be the tool head 1 be assigned functionally and be coupled to him.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Werkzeugkopftool head

22

Werkstückworkpiece

2'2 '

WerkstückoberflächeWorkpiece surface

33

Bearbeitungsabstandmachining distance

3'3 '

Bearbeitungsspaltmachining gap

44

Nassbereichwet areas

55

Trockenbereichdry areas

66

FlüssigkeitszuführbereichFlüssigkeitszuführbereich

77

Düsejet

7'7 '

Düsen-Stirnfläche, StirnflächeNozzle face, face

88th

TrennschichtInterface

99

Linselens

1010

Flüssigkeitskammerliquid chamber

1111

Federfeather

FF

Flüssigkeitliquid

F'F '

Flüssigkeitsfilmliquid film

LL

Laserstrahllaser beam

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• EP 0762947 B1 [0004] EP 0762947 B1 [0004]
• DE 102006003606 [0006] DE 102006003606 [0006]
• DE 102006003607 [0006] DE 102006003607 [0006]
• EP 1657020 [0008] EP 1657020 [0008]
• EP 1940579 B1 [0010] EP 1940579 B1 [0010]

Claims (11)

Verfahren zur laser- und flüssigkeitsbasierten Behandlung eines Werkstücks (2) mit einem Werkzeugkopf (1), der in einem Bearbeitungsabstand (3) von der Werkstückoberfläche (2') angeordnet ist, umfassend die folgenden Schritte: – Eingeben von Flüssigkeit (F) durch einen in einem Nassbereich (4) angeordneten Flüssigkeitszuführbereich (6); – Ausgeben der Flüssigkeit (F) durch eine ebenfalls im Nassbereich (4) angeordnete Düse (7) in Richtung der Werkstückoberfläche (2'); – Einstrahlen mindestens eines fokussierten Laserstrahls (L) von einem Trockenbereich (5) aus in die Düse (7) in Richtung der Werkstückoberfläche (2'); – Einstellen des Bearbeitungsabstandes (3) zwischen Werkzeugkopf (1) und Werkstückoberfläche (2'); wobei der Flüssigkeitsstrahl auf einem ersten Abschnitt seiner gesamten Länge von der Düse (7) umschlossen ist, und der Bearbeitungsabstand (3) dergestalt eingestellt wird, dass und sich zwischen Düsen-Stirnfläche (7') und Werkstückoberfläche (2') ein Bearbeitungsspalt (3') bildet, welcher zumindest im Bereich des mindestens einen Laserstrahls (L) mit einem Flüssigkeitsfilm (F') ausgefüllt ist, so dass der Flüssigkeitsstrahl auf seinem restlichen Abschnitt von diesem Flüssigkeitsfilm (F') umgeben und geschützt ist.Method for the laser and liquid-based treatment of a workpiece ( 2 ) with a tool head ( 1 ), which is at a processing distance ( 3 ) from the workpiece surface ( 2 ' ), comprising the following steps: - introducing liquid (F) through one in a wet area ( 4 ) arranged liquid supply area ( 6 ); Outputting the liquid (F) by a likewise in the wet area ( 4 ) arranged nozzle ( 7 ) in the direction of the workpiece surface ( 2 ' ); Irradiating at least one focused laser beam (L) from a drying area ( 5 ) out into the nozzle ( 7 ) in the direction of the workpiece surface ( 2 ' ); - setting the machining distance ( 3 ) between tool head ( 1 ) and workpiece surface ( 2 ' ); wherein the liquid jet on a first portion of its entire length from the nozzle ( 7 ) and the machining distance ( 3 ) is adjusted such that and between the nozzle end face ( 7 ' ) and workpiece surface ( 2 ' ) a machining gap ( 3 ' ), which is filled at least in the region of the at least one laser beam (L) with a liquid film (F '), so that the liquid jet is surrounded and protected on its remaining portion of this liquid film (F'). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fokusebene des Laserstrahls (L) derart eingestellt ist, so dass der Laserstrahl (L) auf direktem Wege ohne Reflexion am Flüssigkeitsstrahl zum auf der Werkstückoberfläche (2') liegenden Wirkort gelangt.The method of claim 1, wherein the focal plane of the laser beam (L) is set so that the laser beam (L) directly on the workpiece surface without reflection on the liquid jet ( 2 ' ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fokusebene des Laserstrahls (L) derart eingestellt ist, dass sie auf der Werkstückoberfläche (2') liegt.Method according to claim 1 or 2, wherein the focal plane of the laser beam (L) is set in such a way that it lies on the workpiece surface ( 2 ' ) lies. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bearbeitungsspalt (3') zwischen 0,01 und 5 mm, und bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 mm liegt und besonders bevorzugt 0,2 mm beträgt, oder wobei er zwischen 5% und 500%, und bevorzugt zwischen 20% und 100% des kleinsten Düsenquerschnittsmaßes liegt und besonders bevorzugt 50% des kleinsten Düsenquerschnittsmaßes beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the machining gap ( 3 ' ) is between 0.01 and 5 mm, and preferably between 0.1 and 0.5 mm, and more preferably 0.2 mm, or between 5% and 500%, and preferably between 20% and 100% of the smallest Nozzle cross-sectional dimension is and more preferably 50% of the smallest Düsenquerschnittsmaßes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit (F) unter allseits gleichem Druck aus dem Flüssigkeitszuführbereich (6) in die Düse (7) einströmt, und/oder wobei der Bearbeitungsabstand (3) über den Druck der Flüssigkeit (F) reguliert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the liquid (F) under the same pressure from the Flüssigkeitszuführbereich ( 6 ) in the nozzle ( 7 ), and / or wherein the machining distance ( 3 ) is regulated by the pressure of the liquid (F). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Flüssigkeit (F) eine Ätzflüssigkeit ist und das Verfahren zur Strukturierung einer Silizium umfassenden Oberfläche verwendet wird, oder wobei die Flüssigkeit (F) mindestens einen Dotierstoff enthält und das Verfahren zum Dotieren von einer Silizium umfassenden Oberfläche verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the liquid (F) is an etching liquid and the method is used to pattern a surface comprising silicon, or wherein the liquid (F) contains at least one dopant and the method for doping a silicon comprehensive surface is used. Werkzeugkopf (1) zur Durchführung des Verfahrens zur laser- und flüssigkeitsbasierten Behandlung eines Werkstücks (2) gemäß Definition in einem der Ansprüche 1 bis 11.Tool head ( 1 ) for carrying out the method for the laser and liquid-based treatment of a workpiece ( 2 ) as defined in any one of claims 1 to 11. Werkzeugkopf (1) nach Anspruch 12, umfassend einen Nassbereich (4), in welchen Flüssigkeit (F) durch einen Flüssigkeitszuführbereich (6) eingebbar und aus welchem diese Flüssigkeit (F) durch eine ebenfalls im Nassbereich (4) angeordnete Düse (7) ausgebbar ist, sowie einen Trockenbereich (5), von dem aus mindestens ein fokussierter Laserstrahl (L) in die Düse (7) einstrahlbar ist, so dass mit der Düse (7) ein Flüssigkeitsstrahl formbar ist, mittels welchem der Laserstrahl (L) umschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Düse (7) derart bemessen ist, dass der Flüssigkeitsstrahl auf einem ersten Abschnitt seiner gesamten Länge von der Düse (7) umschließbar ist, so dass er vollständig in ihrem Inneren verlaufen kann, und dass zwischen Düsen-Stirnfläche (7') und Werkstückoberfläche (2') ein Bearbeitungsspalt (3') formbar ist, welcher zumindest im Bereich des mindestens einen Laserstrahls (L) von einem Flüssigkeitsfilm (F') ausfüllbar ist, so dass der Flüssigkeitsstrahl auf seinem restlichen Abschnitt von diesem Flüssigkeitsfilm (F') umgebbar und schätzbar ist.Tool head ( 1 ) according to claim 12, comprising a wet area ( 4 ) in which liquid (F) passes through a liquid feed area ( 6 ) and from which this liquid (F) by a likewise in the wet area ( 4 ) arranged nozzle ( 7 ), and a drying area ( 5 ), from which at least one focused laser beam (L) into the nozzle ( 7 ) is radiatable, so that with the nozzle ( 7 ) a liquid jet is malleable, by means of which the laser beam (L) is encompassable, characterized in that the length of the nozzle ( 7 ) is dimensioned such that the liquid jet on a first portion of its entire length from the nozzle ( 7 ) is umschließbar so that it can run completely in its interior, and that between the nozzle end face ( 7 ' ) and workpiece surface ( 2 ' ) a machining gap ( 3 ' ) which can be filled, at least in the region of the at least one laser beam (L), by a liquid film (F '), so that the liquid jet can be surrounded and estimated by this liquid film (F') on its remaining portion. Werkzeugkopf (1) nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend eine Werkstückauflage, wobei der Auflageabstand zwischen Düsen-Stirnfläche (7') und Werkstückauflage einstellbar ist.Tool head ( 1 ) according to claim 7 or 8, further comprising a workpiece support, wherein the support distance between the nozzle end face ( 7 ' ) and workpiece support is adjustable. Werkzeugkopf (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Düse (7) derart bemessen ist, dass sie vom Laserstrahl (L) auf direktem Wege ohne Reflexion desselben an ihrer Innenwand durchstrahlbar ist, und/oder wobei die Düse (7) derart bemessen ist, dass die Fokusebene des Laserstrahls (L) auf der Werkstückoberfläche (2') positionierbar ist, und/oder wobei die Düse (7) rund oder schlitzförmig ausgebildet ist, und/oder eine plattenförmige Stirnfläche (7') aufweist.Tool head ( 1 ) according to one of claims 7 to 9, wherein the nozzle ( 7 ) is dimensioned such that it can be irradiated by the laser beam (L) directly without reflection of the same on its inner wall, and / or wherein the nozzle ( 7 ) is dimensioned such that the focal plane of the laser beam (L) on the workpiece surface ( 2 ' ) is positionable, and / or wherein the nozzle ( 7 ) is round or slit-shaped, and / or a plate-shaped end face ( 7 ' ) having. Werkzeugkopf (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei dessen Nassbereich (4) eine scheibenförmige Flüssigkeitskammer (10) und eine diese ringförmig umgebende Versorgungsleitung umfasst, über welche die Flüssigkeit (F) unter allseits gleichem Druck aus dem Flüssigkeitszuführbereich (6) symmetrisch in die im Zentrum der Flüssigkeitskammer (10) beginnende Düse (7) einströmen kann, und/oder bei welchem der Bearbeitungsabstand mittels Variation des Flüssigkeitsimpulses einstellbar ist, der sich aufgrund der aus der Düse (7) ausströmenden Flüssigkeit (F) ergibt, wobei der Werkzeugkopf (1) optional federnd gelagert ist.Tool head ( 1 ) according to one of claims 7 to 10, wherein its wet area ( 4 ) a disk-shaped liquid chamber ( 10 ) and a supply line which surrounds this in a ring shape and via which the liquid (F) flows from the liquid supply region under the same pressure ( 6 ) symmetrically in the center of the liquid chamber ( 10 ) starting nozzle ( 7 ), and / or in which the machining distance can be set by means of variation of the liquid pulse, which is due to the flow from the nozzle ( 7 ) Liquid (F), the tool head ( 1 ) is optionally spring-mounted.

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