[发明专利]利用激光束切割加工工件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用激光束切割加工工件的方法。该方法可用于由均质材料构成的工件，还可用于具有多种材料的复合部件的工件。所谓的“吻切”(只需切割表面而不伤及底层的加工方式)可特别优选地用于这种复合部件。

背景技术

在许多应用中，除了对高工作生产率具有高要求外，也对质量具有高要求。这尤其涉及所述的激光切割工艺中形成的切割边缘。窄切口是所需的。利用切割气体进给的工艺在以下这些方面是不利的：利用激光辐射能量实现了材料的熔化，随后在高压下，利用灌入切口中的切割气体来驱除熔化物，虽然它们能在短切割时间内高效地实施。对于诸如金属箔的柔性工件来说，由于受切割过程中切割气体的影响，柔性工件会发生变形。这可以利用抵消处理系统进行抵消，但是会降低切割速度，且尤其是不能形成复杂的几何轮廓或仅能非常缓慢地形成。

此外，也有公知工艺，其中材料的去除通过烧蚀来实现，且在这个过程中，材料通过升华而从要被切割的工件上去除。但是这些基于烧蚀的公知技术只能实现低去除速度且只能在小进给速度下工作。

在已经提及的“吻切”中，附接到载体的材料的各个部分都应在切割加工之后能从载体上取下。在这种工艺中，基于纤维素的载体(诸如纸或聚合物)常常用作载体。在这方面，不同的材料或基材可具有材料连续性地相互连接，优选利用适当的粘合剂进行连接，以便这种连接也可再次解除。冲压工艺以前经常应用于此。但是在这方面，工具成本、最小尺寸/最小幅材厚度的检查、刀具磨损的发生以及薄箔片型工件的机械加工的难度是不利的。

发明内容

本发明的目的在于提高机械加工速度、提高使用激光束对工件切割加工的灵活性和质量，其中材料的去除应当仅通过烧蚀来实现。

根据本发明，这个目的通过具有权利要求1特征的方法来实现。本发明有利的其他改进和实施例可通过从属权利要求所述的特征来实现。

在根据本发明的方法中，聚焦激光束应直接施加到要被机械加工的工件表面，而材料的去除则应仅通过烧蚀来实现。利用本身公知的技术手段实现激光束和工件的相对移动，形成所需的切割轮廓。在这方面，也优选偏转激光束来增加进给速度以及对所需几何轮廓作出更灵活的反应。

在机械加工中，必须作为重要参数的是：在激光束的焦点处的最小功率密度为1×10⁷W/cm²，优选至少为1×10⁸W/cm²，以及150m/min，优选为200m/min，非常特别优选至少700m/min的最小进给速度。但是，所述最小进给速度应小于1200m/min、优选小于1000m/min。在这方面，移动速度要考虑到要去除的各种材料。为此，必须考虑材料对于所使用的激光辐射的各自的吸收能力。

由于机械加工中的高进给速度，也会发生切口中的材料不能在一次操作中完全去除，从而实现完整的切割/分离。但是这可在相应切割轮廓的循环操作过程中实现。例如对于环形轮廓来说，整个外围边缘因此可被多次移动，以便工件表面的相同位置可持续多次暴露于激光辐射的作用下。除了一些关键区域(如拐角、小半径的地方，在这些区域进给轴向必须进行较大改变)，不必采用脉冲模式操作所使用的激光器，这种脉冲操作在形成切割轮廓或形成部件的许多情况下甚至是不利的。激光束的关闭仅在从切割一个轮廓变化到后续将要形成的轮廓时是必要的，且进给速度仅在指定的关键区域内降低。

激光束的任何额外的振动叠加在实际进给移动上不是绝对必要的。但是其可以辅助的方式被使用。

在本发明中，激光束应优选工作在CW(连续波)模式下。

从某种意义上讲，能完全摒弃使用切割气体。在材料去除中产生的蒸气可通过抽取或还可通过气体流的供给而被除去，而可以使用与切割气体的情况相比具有非常低的气压以及小的体积流的气体流，从而实现避免所形成的气体吸收的效果。

激光束应具有非常密集的焦点并具有高光束质量。焦点直径应小于100μm，优选为约25μm，且瑞利(Raleigh)长度应保持小于500μm。光纤激光器、圆盘激光器或其他固态激光器可优选用于本发明中。