DE102018221365A1 - Process for removing material from a workpiece and laser processing system - Google Patents

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Marc Sailer
Aleksander Budnicki
Michael Jenne
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Trumpf Laser GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen von Material von einem Werkstück (200), wobei
- Material mittels einer Laserbearbeitungsanlage (100) von dem Werkstück (200) abgetragen wird, wobei
- durch die Laserbearbeitungsanlage (100) ein Laserpulszug (170) erzeugt wird, wobei eine Einzelpuls-Repetitionsrate von einzelnen Laserpulsen (150) innerhalb des Laserpulszugs (170) von wenigstens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz beträgt, wobei der Laserpulszug (170) auf eine Oberfläche (205) des Werkstücks (200) einwirkt, um Material von dem Werkstück (200) abzutragen, und wobei
- eine Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) eingestellt wird, indem
a) eine zeitliche Länge des Laserpulszugs (170), und/oder
b) eine Anzahl von Laserpulsen (150) in dem Laserpulszug (170) festgelegt wird/werden.

Figure DE102018221365A1_0000
The invention relates to a method for removing material from a workpiece (200), wherein
- Material is removed from the workpiece (200) by means of a laser processing system (100), wherein
- A laser pulse train (170) is generated by the laser processing system (100), wherein a single pulse repetition rate of individual laser pulses (150) within the laser pulse train (170) is from at least 0.5 GHz to at most 100 GHz, the laser pulse train (170) acting on a surface (205) of the workpiece (200) to remove material from the workpiece (200), and wherein
- An ablation depth per laser pulse train (170) is set by
a) a temporal length of the laser pulse train (170), and / or
b) a number of laser pulses (150) is / are defined in the laser pulse train (170).
Figure DE102018221365A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen von Material von einem Werkstück und eine Laserbearbeitungsanlage.The invention relates to a method for removing material from a workpiece and a laser processing system.

Im Rahmen eines solchen Verfahrens wird Material mittels einer Laserbearbeitungsanlage von einem Werkstück, insbesondere von einer Oberfläche, insbesondere eines Werkstücks, abgetragen. Dabei wird mittels einer Mehrzahl von Laserpulsen Energie in die Oberfläche eingebracht, was letztlich zu einem Materialabtrag führt.In the context of such a method, material is removed from a workpiece, in particular from a surface, in particular a workpiece, by means of a laser processing system. Energy is introduced into the surface by means of a plurality of laser pulses, which ultimately leads to material removal.

Es ist möglich, bei einem solchen Verfahren eine abzutragende Materialmenge, insbesondere ein Abtragvolumen, über eine Variation der eingestrahlten Energie bei konstanter Einwirkzeit zu steuern. Dies erfordert jedoch eine sehr aufwendige Prozesssteuerung, da der Zusammenhang zwischen der eingestrahlten Energie und dem Abtragsvolumen in der Regel nichtlinear ist.With such a method, it is possible to control a quantity of material to be removed, in particular a removal volume, by varying the radiated energy with a constant exposure time. However, this requires a very complex process control, since the relationship between the radiated energy and the removal volume is generally non-linear.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abtragen von Material von einem Werkstück sowie eine Laserbearbeitungsanlage zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention has for its object to provide a method for removing material from a workpiece and a laser processing system, wherein the disadvantages mentioned do not occur.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre geschaffen wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche, sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.The object is achieved by creating the present technical teaching, in particular the teaching of the independent claims, and of the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem bei einem Verfahren der hier angesprochenen Art durch die Laserbearbeitungsanlage ein Laserpulszug erzeugt wird, wobei eine Einzelpuls-Repetitionsrate von einzelnen Laserpulsen innerhalb des Laserpulszugs von wenigstens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz beträgt, wobei der Laserpulszug auf die Oberfläche einwirkt, um Material von dem Werkstück, insbesondere von der Oberfläche des Werkstücks abzutragen. Dabei wird eine Abtragstiefe pro Laserpulszug eingestellt, indem eine zeitliche Länge des Laserpulszugs festgelegt wird. Alternativ oder zusätzlich wird die Abtragstiefe pro Laserpulszug eingestellt, indem eine Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug festgelegt wird. Insoweit hat sich herausgestellt, dass die Abtragstiefe pro Laserpulszug linear oder zumindest nahezu linear mit der zeitlichen Länge des Laserpulszugs und/oder der Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug korreliert. Dadurch wird die Prozesssteuerung drastisch vereinfacht, indem die Abtragstiefe linear über die Einwirkzeit, also der zeitlichen Länge des Laserpulszugs, und/oder die Anzahl der Laserpulse in dem Laserpulszug variiert, insbesondere eingestellt werden kann. Außerdem hat das Abtragen von Material von der Oberfläche mittels eines Laserpulszugs mit einer Einzelpuls-Repetitionsrate von wenigstens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz den Vorteil, dass im sogenannten ablations-gekühlten Laser-Material-Regime gearbeitet werden kann, wobei die Zeit zwischen den Einzelpulsen innerhalb des Laserpulszugs zu gering ist, als dass sich der Zielbereich substantiell durch Wärmeleitung in das umgebende Material abkühlen könnte. Somit trifft stets ein nachfolgender Laserpuls auf bereits sehr heißes Material, wodurch die Schwelle für die Pulsenergie zur Ablösung von Material deutlich gesenkt wird. Dies ermöglicht eine sehr effiziente Materialbearbeitung, insbesondere auch mit faseroptischen Komponenten.The object is achieved, in particular, in that a laser pulse train is generated by the laser processing system in a method of the type mentioned here, a single pulse repetition rate of individual laser pulses within the laser pulse train being from at least 0.5 GHz to at most 100 GHz, the laser pulse train being based on the Surface acts to remove material from the workpiece, in particular from the surface of the workpiece. An ablation depth per laser pulse train is set by specifying a temporal length of the laser pulse train. As an alternative or in addition, the ablation depth per laser pulse train is set by specifying a number of laser pulses in the laser pulse train. In this respect, it has been found that the ablation depth per laser pulse train correlates linearly or at least almost linearly with the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train. This drastically simplifies the process control in that the removal depth can be varied, in particular adjusted, linearly over the exposure time, that is to say the length of the laser pulse train, and / or the number of laser pulses in the laser pulse train. In addition, the removal of material from the surface by means of a laser pulse train with a single pulse repetition rate of at least 0.5 GHz to at most 100 GHz has the advantage that it is possible to work in the so-called ablation-cooled laser material regime, the time between the Single pulses within the laser pulse train is too low for the target area to cool down substantially by heat conduction into the surrounding material. Thus, a subsequent laser pulse always hits material that is already very hot, which significantly lowers the threshold for the pulse energy for detaching material. This enables a very efficient material processing, especially with fiber optic components.

Zumindest bis zu einer bestimmten Grenz-Abtragstiefe ist auch die pro Laserpulszug abgetragene Materialmenge, insbesondere das pro Laserpulszug abgetragene Materialvolumen, linear abhängig von der zeitlichen Länge des Laserpulszugs, und/oder von der Anzahl der Laserpulse in dem Laserpulszug. Dies gilt insbesondere bis zu einer Grenz-Abtragstiefe von 10 µm.At least up to a certain limit removal depth, the amount of material removed per laser pulse train, in particular the material volume removed per laser pulse train, is linearly dependent on the length of time of the laser pulse train and / or on the number of laser pulses in the laser pulse train. This applies in particular up to a cut depth of 10 µm.

Bevorzugt wird die pro Laserpulszug abzutragende Materialmenge eingestellt, indem die zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug festgelegt wird/werden.The amount of material to be removed per laser pulse train is preferably set by determining the length of time of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train.

Vorzugsweise wird die Abtragstiefe pro Laserpulszug zu höchstens 10 µm, insbesondere kleiner als 10 µm, gewählt. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt eine Spotgröße, insbesondere ein Spotdurchmesser, des Laserpulszugs auf der Oberfläche des Werkstücks zu höchstens 100 µm, vorzugsweise kleiner als 100 µm, gewählt. Alternativ oder zusätzlich wird ein Aspektverhältnis des Spots des Laserpulszugs auf der Oberfläche zu < 1 gewählt.The removal depth per laser pulse train is preferably selected to be at most 10 μm, in particular less than 10 μm. Alternatively or additionally, a spot size, in particular a spot diameter, of the laser pulse train on the surface of the workpiece is preferably selected to be at most 100 μm, preferably less than 100 μm. Alternatively or additionally, an aspect ratio of the spot of the laser pulse train on the surface is chosen to be <1.

Das Verfahren wird in bevorzugter Weise durchgeführt zum Abtragen von Material von einer Oberfläche eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils der Halbleiterindustrie, der Druckindustrie, der Automobilindustrie oder in einem anderen materialverarbeitenden Industriezweig.The method is preferably carried out for the removal of material from a surface of a component, in particular a component of the semiconductor industry, the printing industry, the automotive industry or in another material processing industry.

Unter einem Laserpulszug wird allgemein eine Abfolge von einzelnen Laserpulsen, auch als Einzelpulse bezeichnet, verstanden, die mit einer bestimmten Einzelpuls-Repetitionsrate aufeinanderfolgen. Ein solcher Laserpulszug kann ein Einzelpulszug oder ein Pulspaket sein.A laser pulse train is generally understood to be a sequence of individual laser pulses, also referred to as individual pulses, which follow one another at a specific single pulse repetition rate. Such a laser pulse train can be a single pulse train or a pulse packet.

Unter einem Einzelpulszug wird entsprechend eine Abfolge von einzelnen Laserpulsen verstanden, die mit einer bestimmten Einzelpuls-Repetitionsrate aufeinanderfolgen, wobei die Einzelpulse nicht zu definierten Pulspaketen gruppiert sind. Werden mehrere Einzelpulszüge erzeugt, weisen diese insbesondere höchstens zufällig einen gleichen zeitlichen Abstand, vorzugsweise jedoch verschiedene zeitliche Abstände zueinander auf. Die Einzelpulszüge werden also nicht mit einer bestimmten Pulspaket-Repetitionsrate erzeugt.A single pulse train is accordingly understood to mean a sequence of individual laser pulses which follow one another at a specific single pulse repetition rate, the individual pulses not being grouped into defined pulse packets. If several single pulse trains are generated, they show in particular at most randomly the same time interval, but preferably different time intervals from each other. The single pulse trains are therefore not generated with a specific pulse packet repetition rate.

Ein Pulspaket ist demgegenüber eine Gruppe von mindestens zwei Einzelpulsen, die mit einer bestimmten Einzelpuls-Repetitionsrate, auch als Mikropulsrepetitionsrate bezeichnet, aufeinanderfolgen, wobei mehrere aufeinanderfolgende Pulspakete mit einer bestimmten Pulspaket-Repetitionsrate, auch als Makropulsrepetitionsrate bezeichnet, aufeinanderfolgen. Die Pulspakete weisen also einen konstanten zeitlichen Abstand zueinander auf.In contrast, a pulse packet is a group of at least two individual pulses that follow one another at a certain single pulse repetition rate, also known as the micropulse repetition rate, with several successive pulse packets following one another at a certain pulse packet repetition rate, also called the macropulse repetition rate. The pulse packets are therefore at a constant time interval from one another.

Ein Laserpulszug, der ein Pulspaket einer Folge von Pulspaketen ist, wird auch als GHz-Burst bezeichnet.A laser pulse train, which is a pulse packet of a sequence of pulse packets, is also referred to as a GHz burst.

Die Laserbearbeitungsanlage weist bevorzugt einen Ultrakurzpulslaser auf, wobei eine Pulslänge der von dem Ultrakurzpulslaser erzeugten Pulse vorzugsweise im Bereich von Femtosekunden bis Pikosekunden, besonders bevorzugt von mindestens 100 fs bis höchstens 100 ps liegt.The laser processing system preferably has an ultrashort pulse laser, a pulse length of the pulses generated by the ultrashort pulse laser preferably being in the range from femtoseconds to picoseconds, particularly preferably from at least 100 fs to at most 100 ps.

Die Einzelpuls-Repetitionsrate der einzelnen Laserpulse innerhalb des Laserpulszugs beträgt bevorzugt von mindestens 1 GHz bis höchstens 5 GHz, vorzugsweise von mindestens 2 GHz höchstens 4 GHz, vorzugsweise 3,5 GHz.The single pulse repetition rate of the individual laser pulses within the laser pulse train is preferably from at least 1 GHz to at most 5 GHz, preferably from at least 2 GHz to at most 4 GHz, preferably 3.5 GHz.

Eine pro Laserpulszug abzutragende Materialmenge ist insbesondere ein pro Laserpulszug abzutragendes Materialvolumen, oder eine pro Laserpulszug abzutragende Teilfläche der Oberfläche, insbesondere angegeben durch einen abzutragenden Oberflächen-Querschnitt.A quantity of material to be removed per laser pulse train is in particular a volume of material to be removed per laser pulse train, or a partial surface of the surface to be removed per laser pulse train, in particular indicated by a surface cross section to be removed.

Wird die Abtragstiefe pro Laserpulszug durch Festlegen der zeitlichen Länge des Laserpulszugs eingestellt, ist bevorzugt die Einzelpuls-Repetitionsrate innerhalb des Laserpulszugs konstant. In diesem Fall legt die zeitliche Länge des Laserpulszugs zugleich die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug fest. Insbesondere skaliert die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug linear mit dessen zeitlicher Länge.If the ablation depth per laser pulse train is set by specifying the time length of the laser pulse train, the single pulse repetition rate within the laser pulse train is preferably constant. In this case, the time length of the laser pulse train also defines the number of laser pulses in the laser pulse train. In particular, the number of laser pulses in the laser pulse train scales linearly with its length in time.

Ist die Einzelpuls-Repetitionsrate gegebenenfalls nicht konstant, kann die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug ebenfalls durch die zeitliche Länge des Laserpulszugs festgelegt werden, wobei jedoch dann diesbezüglich kein linearer Zusammenhang mehr vorliegt, gleichwohl aber eine einfache Umrechnung über die momentane Einzelpuls-Repetitionsrate möglich ist.If the single pulse repetition rate may not be constant, the number of laser pulses in the laser pulse train can also be determined by the length of the laser pulse train, although there is no longer a linear relationship in this regard, but a simple conversion is still possible using the current single pulse repetition rate .

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abtragstiefe pro Laserpulszug verändert wird, indem die zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug verändert wird/werden. Es ist also auf sehr einfache und reproduzierbare Weise möglich, die Abtragstiefe pro Laserpulszug zu variieren. Dies kann insbesondere schnell und aufgrund des linearen Zusammenhangs ohne komplizierte Berechnungen geschehen.According to a development of the invention, it is provided that the ablation depth per laser pulse train is changed by changing the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train. It is thus possible in a very simple and reproducible manner to vary the depth of ablation per laser pulse train. In particular, this can be done quickly and due to the linear relationship without complicated calculations.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Pulsenergie und/oder eine Pulsfluenz der einzelnen Laserpulse konstant gehalten wird/werden. Dies bedeutet insbesondere, dass die Pulsenergie und/oder die Pulsfluenz konstant gehalten wird/werden, wenn die zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug variiert wird/werden. Insoweit hat sich herausgestellt, dass es bezüglich der Pulsenergie und/oder der Pulsfluenz ein Effizienzmaximum mit Blick auf die Effizienz des Materialabtrags gibt, sodass ausgehend von dem Effizienzmaximum der Pulsenergie und/oder Pulsfluenz die pro Fluenz- oder Energieeinheit abgetragene Materialmenge sowohl zu niedrigeren Energien/Fluenzen als auch zu höheren Energien/Fluenzen wieder abnimmt. Besonders vorteilhaft wird daher bei diesem Effizienzmaximum der Abtragseffizienz für die Pulsenergie/Pulsfluenz, oder zumindest nahe dieses Effizienzmaximums gearbeitet, wobei die Pulsenergie und/oder Pulsfluenz auch bei Variation anderer Parameter, hier insbesondere der zeitlichen Länge des Laserpulszugs und/oder der Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug, konstant gehalten wird.According to a development of the invention, it is provided that a pulse energy and / or a pulse fluence of the individual laser pulses is / are kept constant. This means in particular that the pulse energy and / or the pulse fluence is / are kept constant if the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train is / are varied. In this respect, it has been found that there is an efficiency maximum with respect to the efficiency of the material removal with regard to the pulse energy and / or the pulse fluence, so that, starting from the efficiency maximum of the pulse energy and / or pulse fluence, the amount of material removed per fluence or energy unit is both lower energy / Fluenzen as well as higher energies / Fluenzen decreases again. It is therefore particularly advantageous to work at this efficiency maximum of the ablation efficiency for the pulse energy / pulse fluence, or at least close to this efficiency maximum, the pulse energy and / or pulse fluence also with variation of other parameters, here in particular the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses the laser pulse train is kept constant.

Die Pulsenergie und/oder Pulsfluenz wird insbesondere so gewählt, dass bereits durch einen einzelnen Laserpuls ein Materialabtrag erreicht wird. Insbesondere wird also die Pulsenergie und/oder Pulsfluenz auf einen Wert oberhalb einer Abtragsschwelle für den Materialabtrag eingestellt. Insbesondere in diesem Fall ergibt sich die lineare oder nahezu lineare Abhängigkeit der Abtragstiefe pro Laserpulszug von der zeitlichen Länge des Laserpulszugs und/oder der Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug. Dagegen ergibt sich quasi keine Abhängigkeit von der Pulsdauer der Einzelpulse in dem Laserpulszug, sodass diese nicht eigens nachgeregelt werden muss, was die Laserbearbeitungsanlage vom Aufbau her einfacher und einfach betreibbar macht. Durch die fehlende Abhängigkeit der Abtragstiefe pro Laserpulszug von der Einzelpulsdauer innerhalb des Laserpulszugs entfällt insbesondere die Notwendigkeit, dispersive/nichtlineare Effekte beim Verstärken des Laserpulszugs zu kompensieren.The pulse energy and / or pulse fluence is chosen in particular in such a way that material removal is achieved by a single laser pulse. In particular, the pulse energy and / or pulse fluence is therefore set to a value above a removal threshold for the material removal. In this case in particular, there is a linear or almost linear dependence of the ablation depth per laser pulse train on the temporal length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train. In contrast, there is virtually no dependence on the pulse duration of the individual pulses in the laser pulse train, so that this does not have to be readjusted, which makes the laser processing system structurally simpler and easier to operate. Due to the lack of dependence of the removal depth per laser pulse train on the individual pulse duration within the laser pulse train, there is in particular no need to compensate for dispersive / nonlinear effects when amplifying the laser pulse train.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug linear in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug verändert wird/werden. Insbesondere auf diese Weise kann die lineare Abhängigkeit der Abtragstiefe pro Laserpulszug von der zeitlichen Länge des Laserpulszugs und/oder von der Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug genutzt werden, um die vorgegebene Abtragstiefe, und vorzugsweise zugleich eine abzutragende Materialmenge, insbesondere ein abzutragendes Materialvolumen, einzustellen. Die vorgegebene Abtragstiefe kann insbesondere von einem Benutzer der Laserbearbeitungsanlage oder automatisch, beispielsweise von vorgelagerten Arbeitsschritten oder anhand von bestimmten Parametern, vorgegeben werden. Die vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug wird vorzugsweise durch den Benutzer des Lasers eingegeben oder aus einer Tabelle oder einem Menü ausgewählt. Es aber auch möglich, dass die vorgegebene Abtragstiefe aus einer Datei ausgelesen, oder von einer separaten Recheneinrichtung, beispielsweise über eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationseinrichtung, empfangen wird. Jedenfalls ist die vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug eine per Vorgabe oder Vorbestimmung zu erreichende Abtragstiefe, wobei durch Festlegen der zeitlichen Länge des Laserpulszugs und/oder Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug gewährleistet wird, dass die vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug abgetragen wird. Dabei ermöglicht der lineare Zusammenhang eine besonders einfache Steuerung des Verfahrens und der Laserbearbeitungsanlage.According to a development of the invention, it is provided that the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the Laser pulse train is linearly changed depending on a predetermined depth of ablation per laser pulse train. In this way in particular, the linear dependence of the depth of ablation per laser pulse train on the length of time of the laser pulse train and / or on the number of laser pulses in the laser pulse train can be used to set the predetermined depth of ablation and preferably at the same time a material quantity to be removed, in particular a material volume to be removed . The specified removal depth can in particular be specified by a user of the laser processing system or automatically, for example by preceding work steps or on the basis of certain parameters. The predetermined ablation depth per laser pulse train is preferably entered by the user of the laser or selected from a table or a menu. However, it is also possible for the predetermined removal depth to be read from a file or to be received by a separate computing device, for example via a wired or wireless communication device. In any case, the specified removal depth per laser pulse train is a removal depth that can be achieved by default or predetermination, whereby by defining the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train, it is ensured that the predetermined removal depth per laser pulse train is removed. The linear relationship enables particularly simple control of the method and the laser processing system.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch die Laserbearbeitungsanlage eine Mehrzahl von Laserpulszügen als Pulspakete erzeugt wird, wobei eine Pulspaket-Repetitionsrate der Pulspakete von mindestens 1 kHz bis höchstens 20 MHz, vorzugsweise von mindestens 100 kHz bis höchstens 2 MHz, beträgt. Die hier angegebenen Werte haben sich als besonders geeignet für die Materialbearbeitung von Oberflächen erwiesen. Die Laserpulszüge können also insbesondere als Pulspakete mit definierter Pulspaket-Repetitionsrate erzeugt werden.According to a development of the invention, it is provided that a plurality of laser pulse trains are generated as pulse packets by the laser processing system, a pulse packet repetition rate of the pulse packets being from at least 1 kHz to at most 20 MHz, preferably from at least 100 kHz to at most 2 MHz. The values given here have proven to be particularly suitable for the material processing of surfaces. The laser pulse trains can thus be generated in particular as pulse packets with a defined pulse packet repetition rate.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug durch einen optischen Modulator festgelegt wird/werden. Dies stellt eine ebenso geeignete, wie einfach durchzuführende Ausgestaltung für die Variation der zeitlichen Länge des Laserpulszugs und/oder der Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug dar. Insbesondere kann durch den optischen Modulator in einfacher Weise die zeitliche Länge des Laserpulszugs festgelegt werden, indem ein zeitliches Auskoppelfenster des optischen Modulators - auch als Öffnungsdauer bezeichnet - entsprechend eingestellt, insbesondere gezielt moduliert wird. Ist die Einzelpuls-Repetitionsrate konstant, wird dabei zugleich die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug eingestellt. Es wird also ein zeitliches Auskoppelfenster für den optischen Modulator vorgegeben, vorzugsweise variiert, um die zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug einzustellen, insbesondere zu variieren. Mit dem optischen Modulator können insbesondere die Laserpulszüge gezielt beschnitten werden. Der optische Modulator erlaubt auch die Erzeugung von Pulspaketen mit definierter Pulspaket-Repetitionsrate.According to a development of the invention, it is provided that the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train is / are determined by an optical modulator. This represents a configuration which is as suitable as it is simple to carry out for the variation of the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train. In particular, the time length of the laser pulse train can be determined in a simple manner by the optical modulator by a time Decoupling window of the optical modulator - also referred to as opening time - is set accordingly, in particular is modulated in a targeted manner. If the single pulse repetition rate is constant, the number of laser pulses in the laser pulse train is set at the same time. A decoupling window for the optical modulator is therefore predetermined, preferably varied, in order to adjust, in particular to vary, the length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train. In particular, the laser pulse trains can be specifically cut with the optical modulator. The optical modulator also allows the generation of pulse packets with a defined pulse packet repetition rate.

Die Laserbearbeitungsanlage weist bevorzugt eine Lasereinrichtung zur Erzeugung des Laserpulszugs auf. Vorzugsweise weist sie außerdem eine Scannereinrichtung auf, die eingerichtet ist, um die Laserstrahlung der Lasereinrichtung auf einen vorbestimmten und/oder veränderbaren Ort auf der Oberfläche des Werkstücks zu lenken. Bevorzugt ist die Scannereinrichtung eingerichtet, um die Oberfläche des Werkstücks mit dem Laserlicht der Lasereinrichtung zu überstreichen, insbesondere abzuscannen; besonders bevorzugt um mit dem Laserlicht an einer Vielzahl verschiedener Orte auf der Oberfläche auf das Werkstück einzuwirken.The laser processing system preferably has a laser device for generating the laser pulse train. It also preferably has a scanner device which is set up to direct the laser radiation from the laser device to a predetermined and / or changeable location on the surface of the workpiece. The scanner device is preferably set up to sweep, in particular scan, the laser light of the laser device over the surface of the workpiece; particularly preferred to act on the workpiece with the laser light at a variety of different locations on the surface.

Der optische Modulator ist bevorzugt innerhalb der Lasereinrichtung oder außerhalb der Lasereinrichtung angeordnet. Insbesondere ist es möglich, dass der optische Modulator in einem Strahlengang zwischen der Lasereinrichtung und der Scannereinrichtung angeordnet ist.The optical modulator is preferably arranged inside the laser device or outside the laser device. In particular, it is possible for the optical modulator to be arranged in a beam path between the laser device and the scanner device.

Alternativ oder zusätzlich wird die zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug durch geeignete Ansteuerung einer Laserdiode erzeugt. Alternatively or additionally, the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train is generated by suitable control of a laser diode.

Insbesondere wird die Laserdiode bevorzugt angesteuert, um eine bestimmte Anzahl einzelner Laserpulse mit bestimmter Einzelpuls-Repetitionsrate zu erzeugen. Auf diese Weise kann durch die Laserdiode unmittelbar ein Laserpulszug mit bestimmter zeitlicher Länge und bestimmter Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug erzeugt werden. Wird demnach eine Laserdiode zur Erzeugung des Laserpulszugs verwendet, bedarf es bevorzugt keines zusätzlichen optischen Modulators. Selbstverständlich ist es aber möglich, dass ein optischer Modulator zusätzlich, insbesondere für andere Zwecke, vorgesehen ist.In particular, the laser diode is preferably driven in order to generate a certain number of individual laser pulses with a certain single pulse repetition rate. In this way, the laser diode can directly generate a laser pulse train with a certain length of time and a certain number of laser pulses in the laser pulse train. Accordingly, if a laser diode is used to generate the laser pulse train, an additional optical modulator is preferably not required. Of course, it is also possible that an optical modulator is additionally provided, in particular for other purposes.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als optischer Modulator ein akustooptischer Modulator verwendet wird. Dies stellt eine sehr geeignete und zugleich kostengünstige Ausgestaltung des optischen Modulators dar. Alternativ kann als optischer Modulator auch ein elektrooptischer Modulator verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass der optische Modulator sehr schnell geschaltet werden kann.According to a development of the invention, it is provided that an acousto-optical modulator is used as the optical modulator. This represents a very suitable and at the same time inexpensive configuration of the optical modulator. Alternatively, an electro-optical modulator can also be used as the optical modulator. This has the Advantage that the optical modulator can be switched very quickly.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der optische Modulator in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug, insbesondere einer vorgegebenen abzutragenden Materialmenge, angesteuert wird. Insbesondere wird die Dauer des zeitlichen Auskoppelfensters des optischen Modulators oder die Öffnungsdauer des optischen Modulators in Abhängigkeit der vorgegebenen Abtragstiefe, vorzugsweise der vorgegebenen abzutragenden Materialmenge, eingestellt.According to a further development of the invention, it is provided that the optical modulator is controlled as a function of a predetermined removal depth per laser pulse train, in particular a predetermined amount of material to be removed. In particular, the duration of the time decoupling window of the optical modulator or the opening duration of the optical modulator is set as a function of the predetermined removal depth, preferably the predetermined amount of material to be removed.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zeitliche Auskoppelfenster oder die Öffnungsdauer für den optischen Modulator in Abhängigkeit von der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug, insbesondere von der abzutragenden Materialmenge, aus einer Technologietabelle oder einem Kennfeld ausgelesen wird. Insofern können in sehr einfacher, schnell durchzuführender und wenig rechenaufwendiger Weise Werte für die Öffnungsdauer oder das zeitliche Auskoppelfenster in Abhängigkeit von der vorgegebenen Abtragstiefe fest hinterlegt, insbesondere tabelliert sein. Es ist möglich, dass diese Werte einander zusätzlich in Abhängigkeit von einem zu bearbeitenden Material, einer zu bearbeitenden Bauteilgeometrie, und/oder anderen Eigenschaften der zu bearbeitenden Oberfläche hinterlegt sind. Somit kann eine solche Technologietabelle oder ein solches Kennfeld insbesondere auch mehrdimensional ausgestaltet sein.According to a further development of the invention, it is provided that the temporal decoupling window or the opening duration for the optical modulator is read out from a technology table or a map depending on the specified removal depth per laser pulse train, in particular on the amount of material to be removed. In this respect, values for the opening duration or the time-out coupling window can be stored, in particular tabulated, in a very simple, quick and inexpensive manner depending on the specified removal depth. It is possible that these values are additionally stored as a function of a material to be processed, a component geometry to be processed and / or other properties of the surface to be processed. Such a technology table or such a characteristic diagram can in particular also be designed multidimensionally.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Laserpulszug mit einer zeitlichen Länge von mindestens 10 ns bis höchstens 1 µs, vorzugsweise von mindestens 15 ns bis höchstens 900 ns, vorzugsweise von mindestens 50 ns bis höchstens 900 ns, vorzugsweise von mindestens 100 ns bis höchstens 500 ns, vorzugsweise von mindestens 150 ns bis höchstens 400 ns, vorzugsweise von mindestens 200 ns bis höchstens 300 ns, erzeugt wird. Hierbei handelt es sich um sinnvolle Zeitfenster für die zeitliche Länge des Laserpulszugs, innerhalb derer insbesondere die zeitliche Länge des Laserpulszugs zur Variation der vorgegebenen Abtragstiefe variiert werden kann.According to a development of the invention, it is provided that a laser pulse train with a time length of at least 10 ns to at most 1 μs, preferably from at least 15 ns to at most 900 ns, preferably from at least 50 ns to at most 900 ns, preferably from at least 100 ns to at most 500 ns, preferably from at least 150 ns to at most 400 ns, preferably from at least 200 ns to at most 300 ns. These are useful time windows for the time length of the laser pulse train, within which in particular the time length of the laser pulse train can be varied to vary the specified removal depth.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine obere zeitliche Länge des Laserpulszugs für eine maximale Abtragstiefe pro Laserpulszug ermittelt oder herangezogen wird. Es wird also ermittelt, bei welcher zeitlichen Länge des Laserpulszugs die Abtragstiefe pro Laserpulszug einem Maximum entspricht, wobei dann die entsprechende zeitliche Länge als obere zeitliche Länge bezeichnet wird. Das Maximum kann dabei tatsächlich ein Extremum der Abtragstiefe pro Laserpulszug in Abhängigkeit von der zeitlichen Länge des Laserpulszugs sein. Es ist alternativ aber auch möglich, dass die maximale Abtragstiefe pro Laserpulszug als Fixpunkt vorgegeben wird, ohne dass hier tatsächlich ein Extremum vorliegt. Die maximale Abtragstiefe pro Laserpulszug kann beispielsweise als Fixpunkt so gewählt werden, dass eine darüberhinausgehende Abtragstiefe nicht erwünscht oder nicht erforderlich ist. Jedenfalls wird als obere zeitliche Länge eine zeitliche Länge des Laserpulszugs ermittelt, die dieser maximalen Abtragstiefe pro Laserpulszug, sei sie ein Extremum oder ein gewählter Fixpunkt, zugeordnet ist. Um die vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug einzustellen, wird dann die zeitliche Länge des Laserpulszugs durch Skalieren der oberen zeitlichen Länge anhand eines Verhältnisses der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug zu der maximalen Abtragstiefe pro Laserpulszug bestimmt. Insbesondere ist hier eine einfache lineare Skalierung, insbesondere durch einfache Dreisatz-Rechnung, möglich, sodass das Verfahren besonders einfach durchgeführt werden kann.According to a development of the invention, it is provided that an upper temporal length of the laser pulse train is determined or used for a maximum ablation depth per laser pulse train. It is thus determined at which time length of the laser pulse train the ablation depth per laser pulse train corresponds to a maximum, the corresponding time length then being referred to as the upper time length. The maximum can actually be an extremum of the ablation depth per laser pulse train depending on the length of time of the laser pulse train. Alternatively, however, it is also possible for the maximum ablation depth per laser pulse train to be specified as a fixed point without an extremum actually being present here. The maximum ablation depth per laser pulse train can be selected, for example, as a fixed point in such a way that a further ablation depth is not desired or is not necessary. In any case, a time length of the laser pulse train is determined as the upper temporal length, which is assigned to this maximum ablation depth per laser pulse train, be it an extremum or a selected fixed point. In order to set the predetermined removal depth per laser pulse train, the temporal length of the laser pulse train is then determined by scaling the upper temporal length on the basis of a ratio of the predetermined removal depth per laser pulse train to the maximum removal depth per laser pulse train. In particular, simple linear scaling is possible here, in particular by simple three-sentence calculation, so that the method can be carried out particularly easily.

Alternativ oder zusätzlich wird eine obere Anzahl von Laserpulsen für die maximale Abtragstiefe pro Laserpulszug ermittelt oder herangezogen. Auch hier kann die maximale Abtragstiefe pro Laserpulszug entweder tatsächlich ein Extremum, oder aber ein vorgegebener Fixpunkt sein. Um die vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug einzustellen, wird dann die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug durch Skalieren der oberen Anzahl von Laserpulsen anhand des Verhältnisses der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug zu der maximalen Abtragstiefe pro Laserpulszug bestimmt. Auch insoweit kann eine einfache lineare Skalierung durchgeführt werden, insbesondere eine Dreisatz-Rechnung. Das Verfahren ist also auch insoweit sehr einfach durchführbar.Alternatively or additionally, an upper number of laser pulses is determined or used for the maximum ablation depth per laser pulse train. Here, too, the maximum depth of ablation per laser pulse train can either actually be an extremum or a predetermined fixed point. In order to set the predetermined removal depth per laser pulse train, the number of laser pulses in the laser pulse train is then determined by scaling the upper number of laser pulses based on the ratio of the predetermined removal depth per laser pulse train to the maximum removal depth per laser pulse train. In this respect, too, simple linear scaling can be carried out, in particular a three-rate calculation. The method is therefore also very easy to carry out.

Dabei wird im Rahmen der Skalierung insbesondere als Faktor ein Verhältnis der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug zu der maximalen Abtragstiefe pro Laserpulszug berechnet, wobei der so erhaltene Faktor, der definitionsgemäß kleiner als 1 ist, mit der oberen zeitlichen Länge und/oder der oberen Anzahl von Laserpulsen multipliziert wird, um die zeitliche Länge und/oder die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug für die vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug zu bestimmen.As part of the scaling, a ratio of the specified ablation depth per laser pulse train to the maximum ablation depth per laser pulse train is calculated, the factor thus obtained, which is by definition less than 1, with the upper temporal length and / or the upper number of laser pulses is multiplied in order to determine the length of time and / or the number of laser pulses in the laser pulse train for the predetermined ablation depth per laser pulse train.

In bevorzugter Weise wird das zeitliche Auskoppelfenster oder die Öffnungsdauer des optischen Modulators durch Skalieren anhand des Verhältnisses der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug zu der maximalen Abtragstiefe pro Laserpulszug festgelegt, um die vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug einzustellen.The temporal decoupling window or the opening duration of the optical modulator is preferably determined by scaling on the basis of the ratio of the predetermined removal depth per laser pulse train to the maximum removal depth per laser pulse train in order to set the predetermined removal depth per laser pulse train.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Material von einer Oberfläche eines Halbleiterbauteils, eines Siliziumbauteils, eines Druckbauteils, insbesondere einer Druckplatte oder Druckwalze, und/oder eines Bauteils mit durch den Materialabtrag einzustellenden oder zu beeinflussenden tribologischen Eigenschaften abgetragen wird. Insbesondere für diese Anwendungen eignet sich das Verfahren in besonderer Weise. According to a development of the invention, it is provided that material is removed from a surface of a semiconductor component, a silicon component, a printing component, in particular a printing plate or printing roller, and / or a component with tribological properties to be adjusted or influenced by the material removal. The method is particularly suitable for these applications.

Dabei wird unter einem Druckbauteil insbesondere ein Bauteil verstanden, welches in der Druckindustrie, zum Drucken von Grafiken, alphanumerischen Zeichen, Schriftzeichen, oder dergleichen, und/oder zum Bedrucken von Oberflächen, verwendet wird. Insbesondere wird das Verfahren bevorzugt verwendet zum Strukturieren von Zylinderwalzen in der Druckindustrie.A printing component is understood to mean, in particular, a component which is used in the printing industry, for printing graphics, alphanumeric characters, characters or the like, and / or for printing on surfaces. In particular, the method is preferably used for structuring cylinder rolls in the printing industry.

Tribologische Eigenschaften von Materialien können insbesondere zur Veränderung von Reibpaarungen eingesetzt werden. In besonders bevorzugter Weise werden mithilfe des Verfahrens Oberflächenstrukturen in Oberflächen eingebracht, die beispielsweise als Ölhaltestrukturen, beispielsweise in Brennraumwandungen von Brennräumen von Brennkraftmaschinen, dienen.Tribological properties of materials can be used in particular to change friction pairings. In a particularly preferred manner, the method is used to introduce surface structures into surfaces which serve, for example, as oil holding structures, for example in the combustion chamber walls of combustion chambers of internal combustion engines.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist schließlich vorgesehen, dass durch das Abtragen von Material näpfchenförmige Vertiefungen, insbesondere Näpfchen, in der Oberfläche erzeugt werden. Insbesondere werden mithilfe des Verfahrens näpfchenförmige Vertiefungen, insbesondere Näpfchen, in die Oberfläche eingebracht, besonders bevorzugt graviert. Dabei werden die einzelnen näpfchenförmigen Vertiefungen vorzugsweise voneinander beanstandet eingebracht. Insbesondere auf diese Weise können Oberflächengestaltungen geschaffen werden, die besonders geeignet sind, um fluide Medien an der Oberfläche zu halten, beispielsweise Druckfarbe oder Schmieröl.According to a development of the invention, it is finally provided that well-shaped depressions, in particular wells, are produced in the surface by the removal of material. In particular, cup-shaped depressions, in particular cups, are introduced into the surface using the method, particularly preferably engraved. The individual well-shaped depressions are preferably introduced at a distance from one another. In this way in particular, surface designs can be created which are particularly suitable for holding fluid media on the surface, for example printing ink or lubricating oil.

Insbesondere die Näpfchentiefe kann dabei in bevorzugter Weise durch Einstellen der zeitlichen Länge des Laserpulszugs und/oder der Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug eingestellt werden.In particular, the well depth can be adjusted in a preferred manner by adjusting the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Laserbearbeitungsanlage geschaffen wird, die eine Lasereinrichtung aufweist, sowie eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um einen Laserpulszug zu erzeugen, wobei eine Einzelpuls-Repetitionsrate von einzelnen Laserpulsen innerhalb des Laserpulszugs von wenigstens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz beträgt, wobei die Steuereinrichtung weiter eingerichtet ist, um eine vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug durch Festlegen von einer zeitlichen Länge des Laserpulszugs und/oder einer Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug einzustellen. Insbesondere ist die Laserbearbeitungsanlage - bevorzugt die Steuereinrichtung - eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abtragen von Material von einem Werkstück, oder zur Durchführung einer der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens. In Zusammenhang mit der Laserbearbeitungsanlage verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.The object is also achieved by creating a laser processing system which has a laser device and a control device which is set up to generate a laser pulse train, with a single pulse repetition rate of individual laser pulses within the laser pulse train of at least 0.5 GHz to at most 100 GHz, the control device being further set up to set a predetermined ablation depth per laser pulse train by specifying a temporal length of the laser pulse train and / or a number of laser pulses in the laser pulse train. In particular, the laser processing system - preferably the control device - is set up to carry out a method according to the invention for removing material from a workpiece, or to carry out one of the preferred embodiments of the method described above. The advantages that have already been explained in connection with the method are realized in connection with the laser processing system.

Die Lasereinrichtung ist bevorzugt als Ultrakurzpulslaser ausgebildet. Eine Pulslänge der von dem Ultrakurzpulslaser erzeugten Pulse liegt vorzugsweise im Bereich von Femtosekunden bis Pikosekunden, insbesondere von mindestens 100 fs bis höchstens 100 ps.The laser device is preferably designed as an ultrashort pulse laser. A pulse length of the pulses generated by the ultrashort pulse laser is preferably in the range from femtoseconds to picoseconds, in particular from at least 100 fs to at most 100 ps.

Der Lasereinrichtung ist bevorzugt ein optischer Modulator, insbesondere ein akustooptischer Modulator oder ein elektrooptischer Modulator zugeordnet, wobei der optische Modulator in die Lasereinrichtung integriert oder extern zu der Lasereinrichtung vorgesehen sein kann.An optical modulator, in particular an acousto-optical modulator or an electro-optical modulator, is preferably assigned to the laser device, it being possible for the optical modulator to be integrated into the laser device or to be provided externally to the laser device.

Alternativ oder zusätzlich ist die Lasereinrichtung bevorzugt als Laserdiode ausgebildet oder weist mindestens eine Laserdiode auf.Alternatively or additionally, the laser device is preferably designed as a laser diode or has at least one laser diode.

Die Steuereinrichtung ist insbesondere mit der Lasereinrichtung zu deren Ansteuerung wirkverbunden.The control device is, in particular, operatively connected to the laser device for controlling it.

Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung mit dem optischen Modulator oder mit der Laserdiode wirkverbunden, um die zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug festzulegen.The control device is particularly preferably operatively connected to the optical modulator or to the laser diode in order to determine the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train.

Vorzugsweise weist die Lasereinrichtung eine Scannereinrichtung auf, die eingerichtet ist, um Laserstrahlung der Lasereinrichtung auf das Werkstück, insbesondere die Oberfläche des Werkstücks, zu leiten oder zu lenken, vorzugsweise die Oberfläche des Werkstücks mit der Laserstrahlung zu überstreichen oder die Oberfläche mit der Laserstrahlung abzuscannen.The laser device preferably has a scanner device which is set up to direct or direct laser radiation from the laser device onto the workpiece, in particular the surface of the workpiece, preferably to sweep the surface of the workpiece with the laser radiation or to scan the surface with the laser radiation.

Weist die Laserbearbeitungsanlage den optischen Modulator auf, ist dieser bevorzugt in einem Strahlengang zwischen der Lasereinrichtung und der Scannereinrichtung angeordnet.If the laser processing system has the optical modulator, it is preferably arranged in a beam path between the laser device and the scanner device.

Weist die Lasereinrichtung eine Laserdiode auf, oder ist die Lasereinrichtung als Laserdiode ausgebildet, ist dieser bevorzugt eine Verstärkereinheit zugeordnet, um die Laserstrahlung der Laserdiode zu verstärken. Die Laserdiode ist vorzugsweise eingerichtet, um direkt einzelne Laserpulse mit einer Einzelpuls-Repetitionsrate von wenigstens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz, vorzugsweise von mindestens 1 GHz bis höchstens 5 GHz, vorzugsweise von mindestens 2 GHz bis höchstens 4 GHz, vorzugsweise 3,5 GHz, zu erzeugen.If the laser device has a laser diode, or if the laser device is designed as a laser diode, this is preferably assigned an amplifier unit in order to amplify the laser radiation from the laser diode. The laser diode is preferably set up to directly transmit individual laser pulses with a single pulse repetition rate of at least 0.5 GHz to at most 100 GHz, preferably of at least 1 GHz to at most 5 GHz, preferably from at least 2 GHz to at most 4 GHz, preferably 3.5 GHz.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Lasers, der eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens zum Abtragen von Material von einer Oberfläche, und
  • 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show:
  • 1 a schematic representation of a laser that is set up to carry out an embodiment of the method for removing material from a surface, and
  • 2nd is a schematic representation of an embodiment of the method.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Laserbearbeitungsanlage 100, die eingerichtet ist zum Abtragen von Material von einem Werkstück 200, insbesondere von einer Oberfläche 205 des Werkstücks 200. Die Laserbearbeitungsanlage 100 weist hierzu eine Lasereinrichtung 110 auf, die eingerichtet ist zur Erzeugung von Laserpulsen mit einer Einzelpuls-Repetitionsrate von wenigstens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz, vorzugsweise von mindestens 1 GHz bis höchstens 5 GHz, vorzugsweise von mindestens 2 GHz bis höchstens 4 GHz, vorzugsweise 3,5 GHz. 1 shows a schematic representation of a laser processing system 100 which is set up for removing material from a workpiece 200 , especially from a surface 205 of the workpiece 200 . The laser processing system 100 has a laser device for this purpose 110 on, which is set up for generating laser pulses with a single pulse repetition rate of at least 0.5 GHz to at most 100 GHz, preferably from at least 1 GHz to at most 5 GHz, preferably from at least 2 GHz to at most 4 GHz, preferably 3.5 GHz .

Die Laserbearbeitungsanlage 100 ist eingerichtet, um einen Laserpulszug zu erzeugen, bei dem die Einzelpuls-Repetitionsrate der einzelnen Laserpulse innerhalb des Laserpulszugs von wenigstens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz beträgt, vorzugsweise von mindestens 1 GHz bis höchstens 5 GHz, vorzugsweise von mindestens 2 GHz höchstens 4 GHz, vorzugsweise 3,5 GHz. Dieser Laserpulszug wirkt als hier schematisch dargestellter Laserstrahl 120 auf die Oberfläche 205 ein, um Material von der Oberfläche 205 abzutragen. Dabei wird eine Abtragstiefe pro Laserpulszug eingestellt, indem eine zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder eine Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug festgelegt wird/werden. Auf diese Weise kann der Abtragsprozess sehr einfach gesteuert werden, da die Abtragstiefe pro Laserpulszug linear mit der Einwirkzeit und/oder der Anzahl der Laserpulse in dem Laserpulszug variiert. Der Laserpulszug kann als Einzelpulszug, oder als Pulspaket einer Folge von Pulspaketen mit definierter Pulspaket-Repetitionsrate erzeugt werden.The laser processing system 100 is set up to generate a laser pulse train in which the single pulse repetition rate of the individual laser pulses within the laser pulse train is from at least 0.5 GHz to at most 100 GHz, preferably from at least 1 GHz to at most 5 GHz, preferably from at least 2 GHz at most 4 GHz, preferably 3.5 GHz. This laser pulse train acts as a schematically represented laser beam 120 to the surface 205 one to get material from the surface 205 to ablate. In this case, a depth of ablation per laser pulse train is set by defining a time length of the laser pulse train and / or a number of laser pulses in the laser pulse train. In this way, the ablation process can be controlled very easily, since the ablation depth per laser pulse train varies linearly with the exposure time and / or the number of laser pulses in the laser pulse train. The laser pulse train can be generated as a single pulse train or as a pulse packet of a sequence of pulse packets with a defined pulse packet repetition rate.

Zum Erzeugen des Laserpulszugs sowie zum Einstellen von dessen zeitlicher Länge und/oder der Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug weist die Laserbearbeitungsanlage 100 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen optischen Modulator 130 auf, der bevorzugt als akustooptischer Modulator oder als elektrooptischer Modulator ausgebildet ist. Insbesondere kann die zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder die Anzahl von Laserpulsen in diesem durch die Wahl eines zeitlichen Auskoppelfensters des optischen Modulators 130 festgelegt werden.The laser processing system has to generate the laser pulse train and to set its temporal length and / or the number of laser pulses in the laser pulse train 100 an optical modulator in the embodiment shown here 130 on, which is preferably designed as an acousto-optical modulator or as an electro-optical modulator. In particular, the temporal length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in it can be selected by selecting a time coupling window of the optical modulator 130 be determined.

Die Laserbearbeitungsanlage 100 weist außerdem bevorzugt eine Steuereinrichtung 180 auf, die eingerichtet ist, um eine zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder eine Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug einzustellen, und so überhaupt erst den Laserpulszug entweder durch geeignete Ansteuerung der Lasereinrichtung 110 oder durch geeignete Beeinflussung der Laserstrahlung der Lasereinrichtung 110 mittels Ansteuerung des optischen Modulators 130 zu erzeugen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung 180 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem optischen Modulator 130 zu dessen Ansteuerung wirkverbunden. Alternativ ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 180 mit einer Laserdiode zu deren Ansteuerung wirkverbunden ist, wobei die Laserdiode Teil der Lasereinrichtung 110 sein kann, oder alternativ mit der Lasereinrichtung 110 identisch sein bzw. diese bilden kann.The laser processing system 100 preferably also has a control device 180 on, which is set up to set a temporal length of the laser pulse train and / or a number of laser pulses in the laser pulse train, and thus the laser pulse train in the first place either by suitable control of the laser device 110 or by suitably influencing the laser radiation from the laser device 110 by controlling the optical modulator 130 to create. In particular, the control device 180 in the embodiment shown here with the optical modulator 130 operatively connected to its control. Alternatively, it is possible for the control device 180 is operatively connected to a laser diode for driving it, the laser diode being part of the laser device 110 can be, or alternatively with the laser device 110 can be identical or form them.

Der optische Modulator 130 wird bevorzugt in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug angesteuert. Insbesondere wird die Dauer des zeitlichen Auskoppelfensters des optischen Modulators 130 in Abhängigkeit der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug eingestellt. Es ist möglich, dass das zeitliche Auskoppelfenster in Abhängigkeit von der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug aus einer Technologietabelle oder einem Kennfeld ausgelesen wird.The optical modulator 130 is preferably controlled as a function of a predetermined removal depth per laser pulse train. In particular, the duration of the time decoupling window of the optical modulator 130 set depending on the specified depth of ablation per laser pulse train. It is possible that the time decoupling window is read out from a technology table or a map depending on the specified removal depth per laser pulse train.

Die Laserbearbeitungsanlage 100 weist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel außerdem noch eine Scannereinrichtung 140, insbesondere einen Bearbeitungskopf oder Laserscannerkopf auf, die eingerichtet ist, um den Laserstrahl 120, insbesondere also den wenigstens einen Laserpulszug, vorzugsweise eine Mehrzahl von Laserpulszügen, auf eine vorbestimmte Zielposition 210 zu richten, insbesondere auf eine Mehrzahl von Zielpositionen 210 zeitlich nacheinander, um so letztlich die Oberfläche 205 zumindest bereichsweise mittels des Laserstrahls 120 abzuscannen.The laser processing system 100 also has a scanner device in the embodiment shown here 140 , in particular a processing head or laser scanner head, which is set up to the laser beam 120 , in particular the at least one laser pulse train, preferably a plurality of laser pulse trains, to a predetermined target position 210 to be directed, in particular to a plurality of target positions 210 one after the other in time, ultimately the surface 205 at least in some areas by means of the laser beam 120 to scan.

Insbesondere wird die Abtragstiefe pro Laserpulszug verändert, indem die zeitliche Länge des Laserpulszugs und/oder die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug verändert wird/werden.In particular, the depth of ablation per laser pulse train is changed by changing the time length of the laser pulse train and / or the number of laser pulses in the laser pulse train.

Vorteilhaft wird eine Pulsenergie und/oder Pulsfluenz der einzelnen Laserpulse konstant gehalten.A pulse energy and / or pulse fluence of the individual laser pulses is advantageously kept constant.

Die Laserpulszüge werden bevorzugt mit einer zeitlichen Länge von mindestens 10 ns bis höchstens 1 µs, vorzugsweise von mindestens 15 ns bis höchstens 900 ns, vorzugsweise von mindestens 50 ns bis höchstens 900 ns, vorzugsweise von mindestens 100 ns bis höchstens 500 ns, vorzugsweise von mindestens 150 ns bis höchstens 400 ns, vorzugsweise von mindestens 200 ns bis höchstens 300 ns, erzeugt.The laser pulse trains are preferably with a time length of at least 10 ns to at most 1 µs, preferably from at least 15 ns to at most 900 ns, preferably from at least 50 ns to at most 900 ns, preferably from at least 100 ns to at most 500 ns, preferably from at least 150 ns to at most 400 ns, preferably from at least 200 ns to at most 300 ns.

Bevorzugt wird/werden die zeitliche Länge der Laserpulszüge und/oder die Anzahl von Laserpulsen in den Laserpulszügen linear in Abhängigkeit von der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug verändert.The time length of the laser pulse trains and / or the number of laser pulses in the laser pulse trains is / are preferably linearly changed as a function of the predetermined ablation depth per laser pulse train.

Bevorzugt wird die zeitliche Länge für die Laserpulszüge durch Skalieren einer oberen zeitlichen Länge anhand eines Verhältnisses der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug zu einer maximalen Abtragstiefe pro Laserpulszug bestimmt, um die vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug abzutragen. Hierzu wird ermittelt, bei welcher zeitlichen Länge des Laserpulszugs die Abtragstiefe pro Laserpulszug einem Maximum entspricht, wobei diese entsprechende zeitliche Länge dann als obere zeitliche Länge verwendet wird. Das Maximum kann dabei tatsächlich ein Extremum der Abtragstiefe in Abhängigkeit von der zeitlichen Länge des Laserpulszugs sein; alternativ kann die maximale Abtragstiefe pro Laserpulszug aber auch als quasi beliebig vorgebbarer Fixpunkt bestimmt sein, beispielsweise als Wert, über den hinaus ein Materialabtrag nicht erwünscht oder nicht erforderlich ist.The temporal length for the laser pulse trains is preferably determined by scaling an upper temporal length on the basis of a ratio of the predetermined removal depth per laser pulse train to a maximum removal depth per laser pulse train in order to remove the predetermined removal depth per laser pulse train. For this purpose, it is determined at which time length of the laser pulse train the ablation depth per laser pulse train corresponds to a maximum, this corresponding time length then being used as the upper time length. The maximum can actually be an extreme of the depth of abrasion depending on the length of time of the laser pulse train; alternatively, the maximum ablation depth per laser pulse train can also be determined as a fixed point which can be predetermined as desired, for example as a value beyond which a material ablation is not desired or not necessary.

In entsprechender Weise kann eine obere Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug für die maximale Abtragstiefe pro Laserpulszug ermittelt oder herangezogen werden. Um die vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug abzutragen, wird dann bevorzugt die Anzahl von Laserpulsen in dem Laserpulszug durch Skalieren der oberen Anzahl von Laserpulsen anhand des Verhältnisses der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug zu der maximalen Abtragstiefe pro Laserpulszug bestimmt.In a corresponding manner, an upper number of laser pulses can be determined or used in the laser pulse train for the maximum ablation depth per laser pulse train. In order to remove the specified removal depth per laser pulse train, the number of laser pulses in the laser pulse train is then preferably determined by scaling the upper number of laser pulses on the basis of the ratio of the specified removal depth per laser pulse train to the maximum removal depth per laser pulse train.

Auf die beschriebene Weise ist eine einfache, lineare Skalierung der zeitlichen Länge der Laserpulszüge und/oder der Anzahl von Laserpulsen in den Laserpulszügen möglich. Insbesondere wird bevorzugt das zeitliche Auskoppelfenster des optischen Modulators 130 entsprechend skaliert oder die Laserdiode entsprechend angesteuert.In the manner described, a simple, linear scaling of the time length of the laser pulse trains and / or the number of laser pulses in the laser pulse trains is possible. In particular, the temporal decoupling window of the optical modulator is preferred 130 scaled accordingly or the laser diode controlled accordingly.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens. Dabei ist bei a) in drei untereinander angeordneten Diagrammen erläutert, wie die Laserpulszüge durch die Laserbearbeitungsanlage 100 mittels des optischen Modulators 130 erzeugt werden. 2nd shows a schematic representation of an embodiment of the method. In a), three diagrams arranged one below the other explain how the laser pulse trains through the laser processing system 100 by means of the optical modulator 130 be generated.

In einem ersten, oberen Diagramm ist die Ausgangs-Lichtleistung PLE der Lasereinrichtung 110 gegen die Zeit t aufgetragen. Dabei wird deutlich, dass die Lasereinrichtung 110 eine Vielzahl zeitlich aufeinanderfolgender einzelner Laserpulse 150 erzeugt, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen hier nur einer mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet ist. Diese Pulse folgen aufeinander mit einer Periode, die einem Kehrwert 1/frep einer Einzelpuls-Repetitionsrate frep von wenigstens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz entspricht.In a first, upper diagram is the output light power P LE the laser device 110 against the time t applied. It becomes clear that the laser device 110 a large number of successive individual laser pulses 150 generated, of which only one is marked with the corresponding reference number for clarity. These pulses follow one another with a period that is a reciprocal 1 / f rep a single pulse repetition rate f rep from at least 0.5 GHz to at most 100 GHz.

In einem zweiten, mittleren Diagramm ist ein Schaltzustand S des optischen Modulators 130 gegen die Zeit t aufgetragen, wobei hier drei zeitliche Auskoppelfenster 160 dargestellt sind, nämlich ein erstes zeitliches Auskoppelfenster 161 mit einer ersten zeitlichen Länge oder Dauer Δt1 , ein zweites zeitliches Auskoppelfenster 162 mit derselben Dauer wie das erste zeitliche Auskoppelfenster 161, und ein drittes zeitliches Auskoppelfenster 162 mit einer zweiten Dauer Δt2 , die hier um den Faktor 4/3 größer ist als die erste Dauer Δt1 . Der optische Modulator 130 lässt Licht nur in Richtung der Oberfläche 200, insbesondere zu der Scannereinrichtung 140 durch, wenn ein Auskoppelfenster 160 offen ist, der Schaltzustand S hier also der dargestellten, oberen Schaltposition entspricht.A switching state S of the optical modulator is in a second, middle diagram 130 against the time t plotted, here three temporal decoupling windows 160 are shown, namely a first time decoupling window 161 with a first length of time or duration Δt 1 , a second time decoupling window 162 with the same duration as the first time decoupling window 161 , and a third time decoupling window 162 with a second duration Δt 2 that here by the factor 4/3 is greater than the first duration Δt 1 . The optical modulator 130 only lets light towards the surface 200 , in particular to the scanner device 140 through when a decoupling window 160 is open, the switching state S here corresponds to the upper switching position shown.

Dies führt dazu, dass aus der Abfolge von einzelnen Laserpulsen 150 gemäß dem ersten, oberen Diagramm durch den optischen Modulator 130 Laserpulse ausgewählt und somit Laserpulszüge - je nach Ansteuerung des optischen Modulators 130 als Einzelpulszüge oder Pulspakete - erzeugt werden. Dies ist in einem dritten, unteren Diagramm dargestellt, welches die Ausgangs-Lichtleistung PL des Lasers 100 aufgetragen gegen die Zeit t zeigt. Dabei sind den Auskoppelfenstern 160 jeweils zugeordnete, hier als Pulspakete ausgebildete Laserpulszüge 170 erkennbar, nämlich ein erster Laserpulszug 171, der dem ersten Auskoppelfenster 161 zugeordnet ist, ein zweiter Laserpulszug 172, der dem zweiten Auskoppelfenster 162 zugeordnet ist, und ein dritter Laserpulszug 173, der dem dritten Auskoppelfenster 163 zugeordnet ist. Beispielhaft weisen hier der erste Laserpulszug 171 und der zweite Laserpulszug 172 jeweils drei einzelne Laserpulse 150 auf, wobei der dritte Laserpulszug 173 vier einzelne Laserpulse 150 aufweist, was zugleich die bei konstanter Einzelpuls-Repetitionsrate lineare Abhängigkeit der Anzahl von einzelnen Laserpulsen 150 in den Laserpulszügen 170 von der Dauer Δt1 , Δt2 der zeitlichen Auskoppelfenster 160 illustriert. In der Praxis weisen die Laserpulszüge 170 typischerweise eine deutlich höhere Zahl einzelner Laserpulse 150 auf.This results in the succession of individual laser pulses 150 according to the first, upper diagram by the optical modulator 130 Laser pulses selected and thus laser pulse trains - depending on the control of the optical modulator 130 as single pulse trains or pulse packets. This is shown in a third, lower diagram, which shows the output light power P L of the laser 100 plotted against time t shows. Here are the decoupling windows 160 each assigned laser pulse trains, designed here as pulse packets 170 recognizable, namely a first laser pulse train 171 , the first decoupling window 161 is assigned a second laser pulse train 172 , the second decoupling window 162 is assigned, and a third laser pulse train 173 , the third decoupling window 163 assigned. The first laser pulse train is an example 171 and the second laser pulse train 172 three individual laser pulses each 150 on, the third laser pulse train 173 four individual laser pulses 150 has what is at the same time the linear dependence of the number of individual laser pulses at a constant single pulse repetition rate 150 in the laser pulse trains 170 of duration Δt 1 , Δt 2 the time decoupling window 160 illustrated. In practice, the laser pulse trains show 170 typically a significantly higher number of individual laser pulses 150 on.

Die Laserpulszüge 170 folgen als Pulspakete bevorzugt mit einer Pulspaket-Repetitionsrate aufeinander, die bevorzugt von mindestens 1 kHz bis höchstens 20 MHz, vorzugsweise von mindestens 100 kHz bis höchstens 2 MHz, beträgt. Diese Pulspaket-Repetitionsrate wird auch als Makropuls-Repetitionsrate bezeichnet.The laser pulse trains 170 follow one another as pulse packets, preferably with a pulse packet repetition rate that is preferably from at least 1 kHz to at most 20 MHz, preferably from at least 100 kHz to at most 2 MHz. This pulse packet repetition rate is also called the macro pulse repetition rate.

Schematisch dargestellt ist hier eine erste Pulspaket-Repetitionsrate fPZ,1 , wobei durch einen Doppelpfeil die daraus resultierende Periode 1/fPZ,1 dargestellt ist. Nur zur Verdeutlichung, dass verschiedene Pulspaket-Repetitionsraten gewählt werden können, ist außerdem in entsprechender Weise auch eine zweite Pulspaket-Repetitionsrate fPZ,2 dargestellt.A first pulse packet repetition rate is shown schematically here f PZ, 1 , with a double arrow the resulting period 1 / f PZ, 1 is shown. Only to clarify that different pulse packet repetition rates can be selected is also a second pulse packet repetition rate in a corresponding manner f PZ, 2 shown.

Bei b) sind beispielhaft Strukturen dargestellt, die mittels der Laserbearbeitungsanlage 100 auf der Oberfläche 205 erzeugt werden können. Insbesondere werden bevorzugt durch das Abtragen von Material näpfchenförmige Vertiefungen 220, vorzugsweise Näpfchen, erzeugt. Dabei skaliert die Abtragstiefe und bevorzugt auch die abgetragene Materialmenge, hier insbesondere eine senkrecht zu der Oberfläche 205 gemessene Tiefe T der Vertiefungen 220 mit der zeitlichen Länge der Laserpulszüge 170 und insbesondere der Anzahl von Laserpulsen 150 in den Laserpulszügen 170.At b) structures are shown by way of example, using the laser processing system 100 on the surface 205 can be generated. In particular, cup-shaped depressions are preferred by the removal of material 220 , preferably wells. The depth of cut and preferably also the amount of material removed, here in particular perpendicular to the surface 205 measured depth T of the depressions 220 with the temporal length of the laser pulse trains 170 and especially the number of laser pulses 150 in the laser pulse trains 170 .

Bei A ist eine erste näpfchenförmige Vertiefung 221 dargestellt, die dem ersten Laserpulszug 171 zugeordnet ist. Diese erste näpfchenförmige Vertiefung 221 weist eine erste Tiefe T1 auf.At A is a first cup-shaped depression 221 shown the first laser pulse train 171 assigned. This first well-shaped depression 221 has a first depth T 1 on.

Bei B ist eine zweite näpfchenförmige Vertiefung 222 dargestellt, welche dem zweiten Laserpulszug 172 zugeordnet ist, und entsprechend derselben zeitlichen Länge und Anzahl von einzelnen Laserpulsen 150 dieses zweiten Laserpulszugs 172 zu dem ersten Laserpulszug 171 dieselbe erste Tiefe T1 aufweist wie die erste näpfchenförmige Vertiefung 221.At B there is a second well-shaped depression 222 shown which the second laser pulse train 172 is assigned, and corresponding to the same time length and number of individual laser pulses 150 this second laser pulse train 172 to the first laser pulse train 171 the same first depth T 1 has like the first cup-shaped depression 221 .

Bei C ist eine dritte näpfchenförmige Vertiefung 223 dargestellt, die dem dritten Laserpulszug 173 zugeordnet ist. Diese näpfchenförmige Vertiefung 223 weist eine zweite Tiefe T2 auf, die um einen Faktor 4/3 größer ist als die erste Tiefe T1 , was daraus resultiert, dass die zeitliche Länge des dritten Laserpulszugs 173 um einen Faktor 4/3 größer ist als die zeitliche Länge der ersten und zweiten Laserpulszüge 171, 172, und dass der dritte Laserpulszug 173 eine Anzahl von Laserpulsen 150 in dem Laserpulszug 173 aufweist, die um einen Faktor 4/3 größer ist als die Anzahl der einzelnen Laserpulse 150 in den ersten und zweiten Laserpulszügen 171, 172.At C is a third well-shaped depression 223 shown the third laser pulse train 173 assigned. This well-shaped depression 223 has a second depth T 2 on that by a factor 4/3 is greater than the first depth T 1 , which results from the fact that the temporal length of the third laser pulse train 173 by a factor 4/3 is greater than the time length of the first and second laser pulse trains 171 , 172 , and that the third laser pulse train 173 a number of laser pulses 150 in the laser pulse train 173 which is by a factor 4/3 is greater than the number of individual laser pulses 150 in the first and second laser pulse trains 171 , 172 .

Somit wird schematisch deutlich, dass die abgetragene Materialmenge, hier insbesondere die Tiefe T der erzeugten näpfchenförmigen Vertiefungen 220, mit der zeitlichen Länge der Laserpulszüge 170 sowie der Anzahl von Laserpulsen 150 in den Laserpulszügen 170 linear skaliert. Dies gilt insbesondere für eine nicht zu große Abtragstiefe pro Laserpulszug, insbesondere für eine Abtragstiefe pro Laserpulszug, die höchstens 10 µm beträgt, wobei sie vorzugsweise geringer ist als 10 µm.It is thus schematically clear that the amount of material removed, in particular the depth T of the well-shaped depressions produced 220 , with the temporal length of the laser pulse trains 170 and the number of laser pulses 150 in the laser pulse trains 170 linearly scaled. This applies in particular to an ablation depth that is not too large per laser pulse train, in particular to an ablation depth per laser pulse train that is at most 10 μm, preferably less than 10 μm.

Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt Material von einer Oberfläche eines Halbleiterbauteils, eines Siliziumbauteils, eines Druckbauteils, insbesondere einer Druckplatte oder Druckwalze, und/oder eines Bauteils mit durch den Materialabtrag einzustellenden oder zu beeinflussenden tribologischen Eigenschaften abgetragen.Within the scope of the method, material is preferably removed from a surface of a semiconductor component, a silicon component, a pressure component, in particular a printing plate or pressure roller, and / or a component with tribological properties to be adjusted or influenced by the material removal.

Claims (14)

Verfahren zum Abtragen von Material von einem Werkstück (200), wobei - Material mittels einer Laserbearbeitungsanlage (100) von dem Werkstück (200) abgetragen wird, wobei - durch die Laserbearbeitungsanlage (100) ein Laserpulszug (170) erzeugt wird, wobei eine Einzelpuls-Repetitionsrate von einzelnen Laserpulsen (150) innerhalb des Laserpulszugs (170) von wenigstens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz beträgt, wobei der Laserpulszug (170) auf eine Oberfläche (205) des Werkstücks (200) einwirkt, um Material von dem Werkstück (200) abzutragen, und wobei - eine Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) eingestellt wird, indem a) eine zeitliche Länge des Laserpulszugs (170), und/oder b) eine Anzahl von Laserpulsen (150) in dem Laserpulszug (170) festgelegt wird/werden.A method of removing material from a workpiece (200), wherein - Material is removed from the workpiece (200) by means of a laser processing system (100), wherein - A laser pulse train (170) is generated by the laser processing system (100), wherein a single pulse repetition rate of individual laser pulses (150) within the laser pulse train (170) is from at least 0.5 GHz to at most 100 GHz, the laser pulse train (170) acting on a surface (205) of the workpiece (200) to remove material from the workpiece (200), and wherein - An ablation depth per laser pulse train (170) is set by a) a temporal length of the laser pulse train (170), and / or b) a number of laser pulses (150) is / are defined in the laser pulse train (170). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) verändert wird, indem die zeitliche Länge des Laserpulszugs (170) und/oder die Anzahl von Laserpulsen (150) in dem Laserpulszug (170) verändert wird/werden.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the ablation depth per laser pulse train (170) is changed by changing the time length of the laser pulse train (170) and / or the number of laser pulses (150) in the laser pulse train (170). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulsenergie und/oder Pulsfluenz der einzelnen Laserpulse (150) konstant gehalten wird/werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a pulse energy and / or pulse fluence of the individual laser pulses (150) is / are kept constant. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Länge des Laserpulszugs (170) und/oder die Anzahl von Laserpulsen (150) in dem Laserpulszug (170) linear in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) verändert wird/werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the time length of the laser pulse train (170) and / or the number of laser pulses (150) in the laser pulse train (170) is changed linearly as a function of a predetermined removal depth per laser pulse train (170) / will. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Laserbearbeitungsanlage (100) eine Mehrzahl von Laserpulszügen (170) als Pulspakete erzeugt wird, wobei eine Pulspaket-Repetitionsrate der Laserpulszüge (170) vorzugsweise von mindestens 1 kHz bis höchstens 20 MHz, vorzugsweise von mindestens 100 kHz bis höchstens 2 MHz beträgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser processing system (100) generates a plurality of laser pulse trains (170) as pulse packets, with a pulse packet repetition rate of the laser pulse trains (170) preferably of at least 1 kHz to at most 20 MHz, preferably from at least 100 kHz to at most 2 MHz. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Länge des Laserpulszugs (170) und/oder die Anzahl von Laserpulsen (150) in dem Laserpulszug (170) durch einen optischen Modulator (130) festgelegt und/oder durch Ansteuerung einer Laserdiode erzeugt wird/werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the time length of the laser pulse train (170) and / or the number of laser pulses (150) in the laser pulse train (170) is determined by an optical modulator (130) and / or by driving a laser diode is / are generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als optischer Modulator (130) ein akustooptischer Modulator oder ein elektrooptischer Modulator verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an acousto-optical modulator or an electro-optical modulator is used as the optical modulator (130). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Modulator (130) in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) angesteuert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optical modulator (130) is controlled as a function of a predetermined removal depth per laser pulse train (170). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitliches Auskoppelfenster (160) für den optischen Modulator (130) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) aus einer Technologietabelle oder einem Kennfeld ausgelesen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a temporal decoupling window (160) for the optical modulator (130) is read out from a technology table or a characteristic map as a function of the predetermined removal depth per laser pulse train (170). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserpulszug (170) mit einer zeitlichen Länge von mindestens 10 ns bis höchstens 1 µs, vorzugsweise von mindestens 15 ns bis höchstens 900 ns, vorzugsweise von mindestens 50 ns bis höchstens 900 ns, vorzugsweise von mindestens 100 ns bis höchstens 500 ns, vorzugsweise von mindestens 150 ns bis höchstens 400 ns, vorzugsweise von mindestens 200 ns bis höchstens 300 ns, erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a laser pulse train (170) with a time length of at least 10 ns to at most 1 µs, preferably from at least 15 ns to at most 900 ns, preferably from at least 50 ns to at most 900 ns, preferably from at least 100 ns to at most 500 ns, preferably from at least 150 ns to at most 400 ns, preferably from at least 200 ns to at most 300 ns. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine obere zeitliche Länge des Laserpulszugs (170) für eine maximale Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) ermittelt oder herangezogen wird, wobei die zeitliche Länge des Laserpulszugs (170) durch Skalieren der oberen zeitlichen Länge anhand eines Verhältnisses der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) zu der maximalen Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) bestimmt wird, um die vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) einzustellen, und/oder dass b) eine obere Anzahl von Laserpulsen (150) für die maximale Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) ermittelt oder herangezogen wird, wobei die Anzahl von Laserpulsen (150) in dem Laserpulszug (170) durch Skalieren der oberen Anzahl von Laserpulsen (150) anhand des Verhältnisses der vorgegebenen Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) zu der maximalen Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) bestimmt wird, um die vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) einzustellen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a) an upper temporal length of the laser pulse train (170) for a maximum ablation depth per laser pulse train (170) is determined or used, the temporal length of the laser pulse train (170) by scaling the upper temporal one Length is determined on the basis of a ratio of the specified removal depth per laser pulse train (170) to the maximum removal depth per laser pulse train (170) in order to set the specified removal depth per laser pulse train (170), and / or that b) an upper number of laser pulses (150) for the maximum ablation depth per laser pulse train (170) is determined or used, the number of laser pulses (150) in the laser pulse train (170) by scaling the upper number of laser pulses (150) based on the ratio of the predetermined ablation depth per laser pulse train (170) to that maximum ablation depth per laser pulse train (170) is determined by the predetermined ablation depth per laser pulse train (170) adjust. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Material von einer Oberfläche (200) a) eines Halbleiterbauteils, b) eines Siliziumbauteils, c) eines Druckbauteils, insbesondere einer Druckplatte oder Druckwalze, und/oder d) eines Bauteils mit durch den Materialabtrag einzustellenden oder zu beeinflussenden tribologischen Eigenschaften abgetragen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that material from a surface (200) a) a semiconductor component, b) a silicon component, c) a printing component, in particular a printing plate or printing roller, and / or d) a component with the material removal tribological properties to be adjusted or influenced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Abtragen von Material näpfchenförmige Vertiefungen (220) in der Oberfläche (200) erzeugt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that well-shaped depressions (220) are produced in the surface (200) by the removal of material. Laserbearbeitungsanlage (100) mit einer Lasereinrichtung (110), und mit einer Steuereinrichtung (180), die eingerichtet ist, um einen Laserpulszug (170) zu erzeugen, wobei eine Einzelpuls-Repetitionsrate von einzelnen Laserpulsen (150) innerhalb des Laserpulszugs (170) von wenigstens 0,5 GHz bis höchstens 100 GHz beträgt, wobei die Steuereinrichtung (180) weiter eingerichtet ist, um eine vorgegebene Abtragstiefe pro Laserpulszug (170) durch Festlegen von a) einer zeitlichen Länge des Laserpulszugs (170), und/oder b) einer Anzahl von Laserpulsen (150) in dem Laserpulszug (170) einzustellen.Laser processing system (100) with a laser device (110), and with a control device (180), which is set up to generate a laser pulse train (170), wherein a single pulse repetition rate of individual laser pulses (150) within the laser pulse train (170) from is at least 0.5 GHz to at most 100 GHz, the control device (180) being further set up to a predetermined removal depth per laser pulse train (170) by specifying a) a temporal length of the laser pulse train (170), and / or b) setting a number of laser pulses (150) in the laser pulse train (170).
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