JP2010508149A - レーザー加工方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
2 溶融ビーム
3 キーホール
4 切断前線
5 溶融物
6、6a、6b、11a、11b、12a、12b、 溶融物排出ビーム
7 溶融物の表面
8 クヌーセン層
9 切り口
10 側壁
13、15 溶融副ビーム
16 入射面
17 直線偏光
18 p偏光
19 s偏光
20 レーザービーム放射装置
21、22、23 光学ユニット
24 移動装置
25 レーザーユニット
26、26a ビーム案内手段
27 制御ユニット、コンピュータ制御部
28 監視ユニット
29 コリメータ
30 光学アイソレータ素子
31 回転可能なミラー系、レーザビーム
32 集束光学系
33、33a レーザービーム
34 光軸
35 アシストガス
36 ガスノズル
37 遠隔走査光学系
38 コンピュータ制御ミラー
39 ビームダンプ
40 ハウジング
41、41a 光入力ポート
42 出力端
43 ビームスプリッタ
44 偏光コントローラ、偏光回転素子
45 偏光選択コーティング
46 透明層
47 高反射表面
48 入射ビーム
49、50 直角偏光ビーム
60、61、62a、62b 副ビーム
63 追加の溶融物排出ビーム
64 U字状横断面
65a、65b 溶融物制御ビーム
M、M1、M2、M3 ミラー
AG アシストガス破線
α 入射角
t 厚み
d 距離
Claims (44)
- 加工領域に案内された多重レーザービームを使用した切断方向におけるワークピース(1)のレーザー切断方法であって、
いわゆる溶融ビームである少なくとも1つの第1のレーザービーム(2)が、溶融物(5)を発生させてキーホール(3)を形成するようにワークピース(1)の材料内に結合され、
いわゆる溶融物排出ビームである少なくとも1つの第2のレーザービーム(6)が、溶融物の表面(7)から材料を蒸発させ、加工領域から溶融物(5)の少なくとも一部を押し出すための高圧をクヌーセン層内に与えるように、溶融物(5)の選択された表面領域(7)上に案内されることにより、切断前線(4)及び側壁(10)を有する切り口(9)を形成する、方法。 - 少なくとも1つの溶融物排出ビーム(6)が、溶融ビーム(2)の後方の選択された表面領域(7)上に案内される、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つの溶融物排出ビーム(6)が、切断方向を横切って延在しており且つ形成されるべき切り口(9)と本質的に一致する幅を有する溶融物の流動障壁を形成するように設けられている、請求項2に記載の方法。
- 少なくとも1つの溶融物排出ビームが、溶融ビーム(2)の方に面している側面上において本質的に凹状表面を有する溶融物の流動障壁を形成するように設けられている、請求項3に記載の方法。
- 溶融物の流動障壁が、V字状の横断面を有する、請求項3又は4に記載の方法。
- 溶融物の流動障壁が、重なり合っている副ビーム(60)の配置によって形成されている、請求項3から5のいずれか一項に記載の方法。
- 凹状の溶融物の流動障壁が、V字状の第1の枝部を形成する長方形の横断面を有する少なくとも1つの第1の副ビーム(62a)と、V字状の第2の枝部を形成する長方形の横断面を有する少なくとも1つの第2の副ビーム(62b)とを含む、V字状に配置された、重なり合っている副ビーム(62)によって形成されている、請求項5又は6に記載の方法。
- 溶融物の流動障壁を形成する少なくとも1つの溶融物排出ビーム(6)が、回折光学素子(DOE)を介して提供される、請求項3から7のいずれか一項に記載の方法。
- ずらして配置された切断方向において少なくとも1つの溶融物排出ビーム(6)の後に続くように配設されたさらなる溶融物排出ビーム(6a、6b、...)を備え、さらなる溶融物排出ビーム(6a、6b、...)のそれぞれが、切断方向を横切って延在しており且つ形成されるべき切り口(9)と本質的に一致する幅を有する溶融物の流動障壁を形成する、請求項3から8のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つの溶融物排出ビームが、切り口(9)の側壁(10)に沿って溶融ビーム(2)の後に続くように配置された少なくとも2つの溶融物排出ビーム(11a、11b)を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも2つの溶融制御ビーム(65a、65b)が、切り口(9)の側壁(10)に沿って溶融ビーム(2)の後に続くように配置されており、内側に向けられた溶融物の流れを形成する、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも2つの溶融物排出ビーム(11a、11b)及び/又は溶融制御ビーム(65a、65b)が、10mm*mrad未満、あるいは5mm*mrad未満、あるいは1mm*mrad未満、あるいは0.5mm*mrad未満のビームパラメータ積を有する、請求項10又は11に記載の方法。
- 少なくとも2つの溶融物排出ビーム(11a、11b)及び/又は溶融制御ビーム(65a、65b)のそれぞれが、平均出力周辺で変動する瞬時出力を有し、平均出力からの瞬時出力の偏差が、平均出力の略10%未満、あるいは5%未満、あるいは1%未満、あるいは0.5%未満である、請求項10から12のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも2つの溶融物排出ビーム(11a、11b)及び/又は溶融制御ビーム(65a、65b)のそれぞれが、平均出力密度分布周辺で変動する瞬時空間出力密度分布を有し、各点における平均空間出力密度分布からの瞬時空間出力密度分布の偏差が、その点における平均出力密度分布の10%未満、あるいは5%未満、あるいは1%未満、あるいは0.5%未満である、請求項10から13のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも2つの溶融物排出ビーム(11a、11b)及び/又は溶融制御ビーム(65a、65b)が、ファイバレーザー又はディスクレーザーから提供される、請求項10から14のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つの溶融ビーム(2)及び/又は少なくとも1つの溶融物排出ビーム(6)が、10mm*mrad未満、あるいは5mm*mrad未満、あるいは1mm*mrad未満、あるいは0.5mm*mrad未満のビームパラメータ積を有する、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つの溶融ビーム(2)及び/又は少なくとも1つの溶融物排出ビーム(6)が、平均出力周辺で変動する瞬時出力を有し、平均出力からの瞬時出力の偏差が、平均出力の略10%未満、あるいは5%未満、あるいは1%未満、あるいは0.5%未満である、請求項16に記載の方法。
- 少なくとも1つの溶融ビーム(2)及び/又は少なくとも1つの溶融物排出ビーム(6)が、平均出力密度分布周辺で変動する瞬時空間出力密度分布を有し、各点における平均空間出力密度分布からの瞬時空間出力密度分布の偏差が、その点における平均出力密度分布の10%未満、あるいは5%未満、あるいは1%未満、あるいは0.5%未満である、請求項16又は17に記載の方法。
- 少なくとも1つの溶融ビーム(2)及び/又は少なくとも1つの溶融物排出ビーム(6)が、ファイバレーザー又はディスクレーザーによって提供される、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
- 溶融ビーム(2)が、多数の横向きに配置された副ビーム(13)を含む、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。
- 横向きの副ビーム(13)のそれぞれが、分離したキーホール(3)を形成するように適応されている、請求項20に記載の方法。
- 溶融ビームが、切断方向と略同一線上に縦方向に配置されて同じキーホール(3)に向けられた多数の副ビーム(15)を含む、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。
- 縦方向に配置された副ビーム(15)の焦点が、ワークピース(1)の異なる垂直高さに配置されている、請求項22に記載の方法。
- 溶融ビーム(2)及び/又は溶融物排出ビーム(6)及び/又は溶融制御ビームの少なくとも1つからのレーザーエネルギが、パルスで与えられる、請求項1から23のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つの溶融ビーム(2)及び/又は溶融物排出ビーム(6)及び/又は溶融制御ビームが、直線偏光(17)されている、請求項1から24のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つの溶融ビーム(2)が、ビーム(2)の入射面(16)と平行な方向に直線偏光(18)されており、各瞬間の入射面(16)が、切断方向と整合されている、請求項25に記載の方法。
- 少なくとも1つの溶融ビーム(2)が、ビーム(2)の入射面(16)に対して垂直な方向に直線偏光(19)されており、各瞬間の入射面(16)が、切断方向と整合されている、請求項25に記載の方法。
- 少なくとも1つの溶融ビーム(2)の直線偏光(17)が、入射面(16)と切断方向とによって囲まれた角度、及び/又は、入射角に応じて制御され、入射角及び入射面(16)が、ワークピース(1)の表面法線に関して定義される、請求項25に記載の方法。
- 溶融物排出ビーム及び/又は溶融制御ビームのそれぞれが、入射面(16)に対して固定角で直線偏光(17)されており、前記角度の絶対値が、0°から90°、あるいは30°から60°、あるいは40°から50°に含まれ、入射面(16)が、ワークピース(1)の表面法線に関して定義される、請求項25に記載の方法。
- 溶融排出ビーム及び/又は溶融制御ビームのそれぞれの直線偏光(17)が、入射面(16)と切断方向とによって囲まれた角度、及び/又は、入射角を含むレーザー切断加工パラメータに応じて制御され、入射角及び入射面(16)が、ワークピース(1)の表面法線に関して定義される、請求項25に記載の方法。
- レーザー加工領域の方に向けられたアシストガスの噴射(35)を与えることをさらに備える、請求項1から30のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つの光学ユニット(21、22、23)を介して加工領域に案内されるように且つワークピース(1)の材料内に結合されるように適応された多数のレーザービーム(33a)を放射するレーザービーム放射装置(20)を備える、切断方向におけるワークピース(1)のレーザー切断用のシステムであって、
ワークピース材料を溶融してキーホール(3)を形成するように適応された、いわゆる溶融ビームである少なくとも1つの第1のレーザービーム(2)と、
溶融物(5)の表面(7)から材料を蒸発させ、加工領域から溶融物(5)を押し出すための高圧をクヌーセン層内に与えるように、溶融物(5)の選択された表面領域(7)を加熱するように適応された、いわゆる溶融物排出ビーム(6)である少なくとも1つの第2のレーザービームとを備え、
ワークピース(1)に対して前記レーザービーム(33a)を移動させるための移動装置(24)をさらに備える、システム。 - 少なくとも1つの溶融物排出ビームが、切り口の側壁に沿って溶融ビームの後に続くように配置された少なくとも2つの溶融物排出ビーム(11a、11b)を含む、請求項32に記載のシステム。
- 切り口の側壁に沿って溶融ビームの後に続くように配置されており、内側に向けられた溶融物の流れを形成する少なくとも2つの溶融制御ビーム(65a、65b)を備える、請求項32又は33に記載のシステム。
- レーザービーム放射装置(20)が、レーザービーム(33)をそれぞれ放射する少なくとも2つのレーザーユニット(25)を備える、請求項32から34のいずれか一項に記載のシステム。
- レーザービーム放射装置(20)が、レーザービーム(33)を放射する少なくとも1つのレーザーユニット(25)と、前記ビームを2つ以上のビームに分割するビームスプリッタとを備える、請求項32又は35に記載のシステム。
- レーザービーム放射装置(20)が、10mm*mrad未満、あるいは5mm*mrad未満、あるいは1mm*mrad未満、あるいは0.5mm*mrad未満のビームパラメータ積を有するビームを放射する少なくとも1つのレーザーユニット(25)を備える、請求項32から36のいずれか一項に記載のシステム。
- 少なくとも1つのレーザービーム(33)が、ファイバレーザー又はディスクレーザーによって提供される、請求項32から37のいずれか一項に記載のシステム。
- 加工領域にアシストガスの噴射(35)を与えるための手段(36)をさらに備える、請求項32から38のいずれか一項に記載のシステム。
- 少なくとも1つの光学ユニット(21、22、23)のうちの少なくとも一部が、加工領域において、ワークピース表面に対して垂直な軸まわりに、少なくとも1つのワークピース(1)に対してレーザービーム(33a)を一括して回転させるために回転可能である、請求項32から39のいずれか一項に記載のシステム。
- 光学ユニット(21)が、少なくとも1つの光入力ポート(41)と、ビームコリメート光学系(29)と、レーザービーム(31)を一括して回転させるための手段と、光学ユニット(21)の出力端(42)に配置された集束光学系(32)とを備える、請求項32から40のいずれか一項に記載のシステム。
- 光学ユニット(21)が、偏光ビームスプリッタ等のビームスプリッタ(43)と、偏光回転素子(44)と、少なくとも1つのファラデー回転子を備え且つコリメート光学系(29)とレーザービーム(31)を一括して回転させるための手段との間に配置された光学アイソレータユニット(30)とをさらに備える、請求項41に記載のシステム。
- 光学ユニット(21)が、加工領域に向けられたアシストガスの噴射(35)を与えるためのガスノズル等の手段(36)をさらに備え、前記アシストガスの噴射(35)を与えるための手段(36)が、光学ユニット(21)の出力端(42)においてレーザービーム(33a)の周囲に同軸に配置されている、請求項41又は42に記載のシステム。
- コンピュータ制御走査光学系(37)が、光学ユニット(21)の出力端(42)に配置されており、前記走査光学系(37)が、集束光学系(32)を介して放射されたレーザービーム(33a)を一括して屈折させるように適応されている、請求項41又は42に記載のシステム。
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