DE4013163A1 - Verfahren zum bearbeiten von kunststoff mit laserstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Kunst­ stoff mit Laserstrahlung, insbesondere mit gepulster ultravio­ letter Laserstrahlung, wie sie ein Excimerlaser abgibt.

Für die Bearbeitung von Kunststoffen werden bevorzugt Excimer­ laser verwendet, vor allem deshalb, weil bei der Verwendung von Excimerlasern der Materialabtrag photochemisch erfolgt und nicht thermisch durch Aufheizen der oberen Schichten des Kunst­ stoffes. Wegen der bei Verwendung von Excimerlasern thermischen Schonung des Materials ist eine sehr hohe Bearbeitungsqualität möglich. Dies wird industriell insbesondere bei der Bearbeitung von Polymethylmethacrylat genutzt. Darüberhinaus werden auch andere Kunststoffe mit Excimer-Laserstrahlung präzise bearbei­ tet, wie Polyimid (Handelsname Kapton) und Polytetrafluoräthy­ len (Handelsname Teflon).

Allerdings beobachtet man bei Bearbeitung von einigen Kunst­ stoffen mit ultravioletter Laserstrahlung besonders an den Kan­ ten der bestrahlten Flächen häufig dunkle Niederschläge. Dies gilt insbesondere bei im ultravioletten Spektralbereich stark absorbierenden Materialien (z. B. Kapton). Es wird vermutet, daß solche schwarzen Niederschläge im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehen.

Bei Bestrahlung von Kapton mit Excimerstrahlung wurde sogar eine elektrische Leitfähigkeit des Niederschlags an den Kanten der bestrahlten Bereiche festgestellt.

Beim Stand der Technik war es deshalb erforderlich, nach der Bearbeitung des Kunststoffes mit Laserstrahlung einen weiteren Arbeitsschritt vorzusehen, nämlich die Reinigung der Fläche, insbesondere in einem Ultraschallbad.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Be­ arbeiten von Kunststoff mit Laserstrahlung bereitzustellen, bei dem eine zusätzliche Reinigung des bearbeiteten Materials nicht erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Oberfläche des Kunststoffes während der Bearbeitung mit Laser­ strahlung ein Gas angeordnet wird, das besser wärmeleitend ist als Luft.

Bevorzugt wird gemäß der Erfindung Helium am Ort der Wechsel­ wirkung zwischen der Laserstrahlung und dem Kunststoff ange­ ordnet.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungs­ gedankens wird beim Bearbeiten des Kunststoffes mit Laserstrah­ lung ein Gasstrom auf die bearbeitete Fläche gerichtet. Der Gasstrom enthält bevorzugt ein Gas, das besser wärmeleitend ist als Luft, wie z. B. ein leichtes Edelgas, wie Neon oder bevor­ zugt Helium.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch einen Körper aus Kunststoff, auf dessen Oberfläche ein Laserstrahl gerichtet ist.

Der Strahl L eines Excimerlasers wird auf die Oberfläche O eines Körpers K aus Kunststoff gerichtet. Als Kunststoff kommen insbesondere Polymethylmethacrylat, Polyimid oder Polytetra­ fluoräthylen in Betracht.

Ein Röhrchen R ist möglichst nahe an die mit Laserstrahlung zu bearbeitende Oberfläche O herangeführt, um ein Gas, beim darge­ stellten Ausführungsbeispiel Helium, auf die bearbeitete Ober­ fläche strömen zu lassen. Die Gasströmung kann relativ schwach sein, wesentlich ist, daß der gesamte bearbeitete Bereich der Oberfläche O vom Strömungsgas (Helium) abgedeckt ist.

Mit dieser Anordnung wird die beim Stand der Technik zu bekla­ gende Ablagerung von schwarzen Abtragprodukten insbesondere an den Kanten der bestrahlten Flächen vermieden.

Vermutlich ist der erfindungsgemäß erzielte Effekt der Vermin­ derung der Verschmutzung des bearbeiteten Materials darauf zu­ rückzuführen, daß die beim Aufbringen der Laserstrahlung abge­ tragenen Teilchen sich in einer Helium-Umgebung relativ schnell abkühlen können. Derart abgekühlte Teilchen zeigen eine wesent­ lich geringere Neigung als relativ heiße Teilchen beim Auftref­ fen auf die Materialoberfläche an dieser zu haften. Somit ist die Wahrscheinlichkeit des Haftens oder des Eindringens von heißen Teilchen in die Oberfläche stark reduziert.

Dieses Erklärungsmodell wird durch die experimentielle Beobach­ tung unterstützt, daß bei der Verwendung eines schwereren Edel­ gases, wie Argon, der beobachtete Effekt der verminderten Schmutzablagerung wesentlich schlechter ist (auch relativ zu Luft) als bei Verwendung eines leichteren Edelgases, wie Helium. Bevorzugt wird deshalb bei Realisierung der Erfindung ein chemisch inertes Gas verwendet, das eine höhere Wärmelei­ tung hat als Luft, d. h. ein geringeres Atom- bzw. Molekularge­ wicht.

Die damit erzielte Einsparung eines gesonderten Reinigungs­ schrittes für das bearbeitete Material ermöglicht eine wesent­ liche Reduzierung der Kosten der Bearbeitung.

Claims (4)

1. Verfahren zum Bearbeiten von Kunststoff mit Laserstrah­ lung, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche des Kunststoffes während der Bearbeitung mit Laserstrahlung ein Gas angeordnet wird, das besser wärmeleitend ist als Luft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Be­ arbeitung mit Laserstrahlung ein Gasstrom auf die bearbeitete Oberfläche des Kunststoffes gerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas zumindest teilweise Helium verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ultraviolette Laserstrahlung verwendet wird, insbesondere gepulste Laser­ strahlung.