DE102010032781B4

DE102010032781B4 - Verfahren zur trennenden Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlen

Info

Publication number: DE102010032781B4
Application number: DE102010032781.6A
Authority: DE
Inventors: Annett Klotzbach; Dr. Himmer Thomas
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: DE102010032781A1

Abstract

Verfahren zum trennenden Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlen, bei dem mindestens zwei im cw-Mode betriebene Laserstrahlen (1, 2), die voneinander abweichende Wellenlängen aufweisen, durch eine Relativbewegung der Laserstrahlen (1, 2) und des Werkstücks (5) entlang einer Schneidkontur (6) ausgelenkt und mit einem optischen Element (9, 10) fokussiert auf die zu bearbeitende Oberfläche gerichtet werden und die Laserstrahlen (1, 2) gleichzeitig so auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche gerichtet werden, dass sich dabei die Brennflecke zumindest zum größten Teil überdecken; wobei mit dem optischen Element (9) die Position der Brennpunktebene entsprechend des erfolgten Werkstoffabtrags nachgeführt wird und die Bearbeitung an Werkstücken (5), die als Verbund mit mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen mit Schichten A und B gebildet sind, so durchgeführt wird, dass eine Schicht A in einem ersten Trennschnitt und im Anschluss daran eine Schicht B in einem zweiten Schnitt abgetragen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur trennenden Bearbeitung mit Laserstrahlen. Dabei kann in so genannter Remote-Technik gearbeitet werden. Sie kann vorteilhaft bei der Bearbeitung von Verbundwerkstücken eingesetzt werden.
Bei Verbundwerkstücken können diese aus mehreren Schichten gebildet sein, die wiederum aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind. Werkstoffe zeigen aber ein unterschiedliches Absorptionsverhalten bei Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen. Dadurch kann sich die für die Bearbeitung erforderliche Zeit erhöhen oder die Qualität der Schnittkanten lässt zu wünschen übrig.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur trennenden Bearbeitung mit Laserstrahlen. Dabei kann in so genannter Remote-Technik gearbeitet werden. Sie kann vorteilhaft bei der Bearbeitung von Verbundwerkstücken eingesetzt werden.
Bei Verbundwerkstücken können diese aus mehreren Schichten gebildet sein, die wiederum aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind. Werkstoffe zeigen aber ein unterschiedliches Absorptionsverhalten bei Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen. Dadurch kann sich die für die Bearbeitung erforderliche Zeit erhöhen oder die Qualität der Schnittkanten lässt zu wünschen übrig.
In JP 2005 238 246 A ist eine Schneidvorrichtung offenbart, bei der zwei von zwei Laserquellen emittierte auf einer optischen Achse auf ein Werkstück gerichtet werden.
Bei der aus US 2003/0052104 A1 bekannten Vorrichtung soll ein Laserstrahl aus verschiedenen Richtungen auf ein Werkstück gerichtet werden. Die Laserquelle soll dabei bewegt werden.
In DE 10 2008 027 130 A1 ist ein Verfahren zur trennenden Bearbeitung mit einem Laserstrahl bekannt, bei dem ein fokussierter Laserstahl mit vorgegebener Leistungsdichte im Brennpunkt mit einer Mindestvorschubgeschwindigkeit zur Ausbildung einer Schnittfuge auf ein Werkstück gerichtet werden.
Das DE 20 2007 018 689 U1 betrifft ein System zur aktiven Nachregelung der Fokusposition für Laserstrahlen.
Eine Laserbearbeitung mit zwei Laserstrahlen eines YAG-Lasers und eines CO₂-Lasers, die auf einen Punkt einer Werkstückoberfläche gerichtet werden sollen, ist aus GB 2 175 737 A bekannt.
Die EP 0 426 600 A2 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur exakten und schnellen Bearbeitung von Werkstücken. Zwei Laserstrahlen mit unterschiedlicher Energie werden dabei eingesetzt.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur punktuellen Bearbeitung eines Werkstücks mittels Laserstrahlung sind in DE 102 37 893 B3 offenbart. Dabei sollen zur Bearbeitung verschiedener Zielpunkte mindestens zwei Laserstrahlen jeweils über eine eigene Ablenkeinheit geführt und über eine rotierende Zerhackerscheibe in eine Richtung zusammengeführt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Produktivität und Qualität bei der trennenden Bearbeitung mit Laserstrahlen zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können mit in untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen erreicht werden.
Bei erfindungsgemäßen Verfahren werden mindestens zwei im cw-Mode betriebene Laserstrahlen, die voneinander abweichende Wellenlängen aufweisen mit einem Strahlablenksystem entlang einer Schneidkontur ausgelenkt und mit einem optischen Element fokussiert auf die zu bearbeitende Oberfläche gerichtet. Dabei werden die beiden Laserstrahlen und das Werkstück relativ zueinander bewegt. Es kann dabei, für eine bevorzugt zweidimensionale Auslenkung, ein Strahlablenksystem (Scanner), mit zwei um jeweils eine Achse oder einem um zwei Achsen verschwenkbaren reflektierenden Element(en), eingesetzt werden. Diese Auslenkung kann einer anderen Vorschubbewegung überlagert werden, so dass eine großflächige Bearbeitung in verkürzter Zeit durchgeführt werden kann.
Es besteht die Möglichkeit zwei oder mehrere Laserstrahlen gleichzeitig auf die Oberfläche eines Werkstücks zu richten und damit Werkstoff abzutragen. Die Laserstrahlen können hierfür alternierend mit veränderter Leistung auf die Oberfläche gerichtet werden. Es kann also zu gleichen Zeitpunkten ein Laserstrahl einer Wellenlänge mit höherer Leistung als ein jeweils anderer Laserstrahl zur Bearbeitung auf das Werkstück gerichtet werden. Die Erhöhung und Absenkung der Leistung kann ebenfalls alternierend durchgeführt werden. Ein zu einem Zeitpunkt für die Bearbeitung nicht benötigter Laserstrahl kann aber auch auf eine Strahlfalle gerichtet werden.
Für die Strahlführung und -formung der Laserstrahlen können dieselben Elemente genutzt werden, so dass der anlagentechnische Aufwand gering ist.
Bei der Erfindung ist es vorteilhaft, dass auf ein Schneidgas verzichtet werden kann und der Werkstoffabtrag durch Ablation erreicht werden kann, wodurch die Betriebskosten klein gehalten werden können.
Vorteilhaft ist es, mit dem optischen Element zur Strahlformung die Position der Brennpunktebene entsprechend des erfolgten Werkstoffabtrags nachzuführen, so dass im Brennfleck eine hohe Energiedichte ausgenutzt werden kann und die Schnittfuge durch eine Divergenz der Strahlung nicht vergrößert wird. Als optisches Element kann bevorzugt ein für eine Fokussierung geeignetes reflektierendes Element eingesetzt werden. Bei der Bearbeitung sollten die Laserstrahlen so auf die Werkstückoberfläche, an der ein Werkstoffabtrag erfolgen soll, gerichtet werden, dass die Größe der Fläche der Brennflecke gleich, zumindest annähernd gleich groß ist. Dadurch können sie sich bei gleichzeitiger Bestrahlung des Werkstücks überdecken. Dies kann durch geeignete Strahlformung erreicht werden. Da sich durch den Werkstoffabtrag auch die Ebene der Bearbeitung verändert und demzufolge auch der Weg den die Laserstrahlen bis zum Auftreffen auf die zu bearbeitende Oberfläche verlängert, solle dies auch bei der Fokussierung und bei der Auslenkung der Laserstrahlung berücksichtigt werden, da dies eine andere Führung der Brennflecke in den unterschiedlichen Ebenen erfordert, berücksichtigt werden. Dies sollte auch für die Ausbildung einer über die Dicke des Werkstücks gleich breiten Schnittfuge berücksichtigt werden. Beide Brennflecke sollten in jeder Ebene bei der Bearbeitung eine Ausdehnung senkrecht zur Vorschubachsrichtung aufweisen, die ≤ der ausgebildeten Schnittfuge ist.
Bei sich vergrößernder Brennfleckfläche sollte entsprechend der reduzierten Energiedichte im Brennfleck die Leistung der die Laserstrahlen emittierenden Laserstrahlquellen erhöht werden können.
Es sollten Laserstrahlen, deren Wellenlänge größer 800 nm ist, eingesetzt werden. Bevorzugt sind Wellenlängen im Infrarot-Bereich zwischen 1 und 15 μm. Es können Faser- oder Scheibenlaser für einen Laserstrahl mit kleinerer Wellenlänge (λ ca. 1 μm), z. B. für einen Metallabtrag und ein CO₂-Laser für einen Abtrag von Kunststoff mit einer Wellenlänge von 10 μm eingesetzt werden.
Dadurch kann das Absorptionsverhalten der unterschiedlichen Werkstoffe berücksichtigt und kurze Wechselwirkungszeiten, die zu einem verringerten Wärmeeintrag in das und einen geringeren Verzug des Werkstücks führen, erreicht werden.
Werden zwei Laserstrahlen gleichzeitig auf die Werkstückoberfläche gerichtet, sollen sich dabei die Brennflecke zumindest zum größten Teil überdecken. Dadurch kann eine gleiche Schnittfugenbreite über die Dicke des zu bearbeitenden Werkstücks erreicht werden.
Wie bereits ausgeführt kann durch den Einfluss der Laserstrahlung aufgeschmolzener Werkstoff ohne Zufuhr von Schneidgas ausgetrieben und dies durch Dampfdruck oder Sublimation/Verdampfen/Oxidation erreicht werden.
Es besteht aber die Möglichkeit, ein Schutzgas in den Bearbeitungsbereich zuzuführen. Es kann auch eine Absaugung oder ein so genannter Cross-Jet für die Entfernung gebildeter Dämpfe vorgesehen werden.
Da die Transmission und Reflektivität für die Laserstrahlen mit den unterschiedlichen Wellenlängen für für die Strahlführung und -formung eingesetzten optischen Elemente unterschiedlich sind, kann auch dies vorteilhaft bei der Auswahl solcher optischen Elemente berücksichtigt werden. So können auf diesen optischen Elementen Beschichtungen ausgebildet werden, die jeweils ein hohe Transmission oder Reflektivität für die Strahlung mit den unterschiedlichen mindestens zwei Wellenlängen erreichen.
Bei der trennenden Bearbeitung kann mindestens ein Laserstrahl mit einem reflektierenden Element oder von einer reflektierenden Fläche eines Elements auf die zu bearbeitende Oberfläche gerichtet werden. Dabei gibt es mehrere alternative Möglichkeiten. So können die Laserstrahlen aus unterschiedlichen Richtungen auf einen Punkt einer reflektierenden Fläche eines Elements gerichtet und so reflektiert werden, dass sie mit derselben optischen Achse auf die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks auftreffen. Das entsprechende Element kann dabei statisch angeordnet sein und die Einfallswinkel der Laserstrahlen können unter Berücksichtigung der jeweiligen Wellenlänge gewählt werden.
Bei anderen Alternativen kann ein bewegliches Element genutzt werden, bei dem die unterschiedlichen Laserstrahlen infolge der Bewegung des Elements an unterschiedlichen Positionen des Elements auf dieses auftreffen. Dabei kann es sich um ein rotierendes oder um eine translatorische Bewegung zwischen zwei Umkehrpunkten zurücklegendes Element handeln.
An solchen bewegbaren Elementen kann mindestens eine reflektierende Fläche vorhanden sein, auf die einer der Laserstrahlen in einer Position des Elements auftrifft und von dieser reflektierenden Fläche auf die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks gerichtet wird. Am Element kann dann mindestens eine Durchbrechung/Aussparung vorhanden sein, durch die in einer anderen Position des Elements nach dessen Bewegung ein anderer Laserstrahl in Richtung auf die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks gerichtet wird. Die Laserstrahlen werden dabei aus gegenüberliegenden Richtungen auf das bewegbare Element gerichtet. Ein durch eine Durchbrechung auf das Werkstück gerichteter Laserstrahl kann in einer Position des Elements, bei der ein anderer Laserstrahl von einer reflektierenden Fläche auf das Werkstück gerichtet wird, auf eine ebenfalls reflektierende Fläche am Element, die an der der anderen reflektierenden Fläche des Elements gegenüberliegenden Seite des Elements gerichtet und von dort auf eine Strahlfalle gerichtet werden.
Mit der Erfindung können Verbundbauteile aus Glasfaserverstärktem Aluminium (Glare), Ti-CFK-Komposit, TiGr-Komposit, andere Verbundplatten (für Fassaden, Gipsfaserplatten/Fermacell, eine mit einer Metallfolie, aus z. B. Aluminium, die auf eine Kunststoff oder Kunststoffschaumplatte aufgebracht ist, bearbeitet werden. Außerdem können Elektrobleche, die an mindestens einer Oberfläche mit einem Lack beschichtet sind, andere mit Folien kaschierte Bauteile oder auch Verbundbauteile, die aus Metall/Keramik/Kunststoff gebildet sind, trennend bearbeitet werden.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
1 in schematischer Form einen Aufbau mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann;
2 ein Trennen in vier Schritten eines aus zwei Werkstoffen hergestellten Werkstücks;
3 ein Beispiel für eine Schneidkontur, die bei der Erfindung bearbeitet werden kann;
4 eine Anordnung, die nicht unter die Erfindung fällt;
5 ein weiteres Beispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6 eine Anordnung, bei der zwei Laserstrahlen mit derselben optischen Achse in Richtung Werkstück abgelenkt werden, die nicht unter die Erfindung fällt;
7 ein bewegbares Element, mit dem Laserstrahlen zur Bearbeitung auf das Werkstück gerichtet werden können, das nicht unter die Erfindung fällt und
8 ein bewegbares Element, mit dem Laserstrahlen zur Bearbeitung auf das Werkstück gerichtet werden können, das nicht unter die Erfindung fällt.
1 zeigt einen Aufbau für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Aufbau. Dabei werden zwei Laserstrahlen 1 und 2 mit unterschiedlicher Wellenlänge auf ein wellenlängenselektiv transparentes Fenster 7 gerichtet. Der Laserstrahl 1 trifft auf eine Fläche des Fensters 7 auf und tritt durch dieses hindurch. Der Laserstrahl 2 wird auf die entgegengesetzt angeordnete Fläche des Fensters 7 gerichtet und dort reflektiert. Beide Laserstrahlen 1 und 2 werden so auf einer gemeinsamen optischen Achse zu einem die Laserstrahlen 1 und 2 fokussierenden optischen Element 4 und von dort auf ein Strahlablenksystem 3 gerichtet. Mit dem Strahlablenksystem 3 und ggf. zusätzlich mit einem nicht dargestellten Antriebssystem kann eine Schneidkontur 6, ein Beispiel dafür ist in 3 gezeigt, mit den Brennflecken der beiden Laserstrahlen 1 und 2 abgefahren und dabei Werkstoff abgetragen werden.
Das Werkstück 5 ist aus mehreren Schichten unterschiedlicher Werkstoffe hergestellt.
In nicht dargestellter Form besteht die Möglichkeit einen weiteren dritten Laserstrahl einzusetzen, der dann ebenfalls zumindest teilweise auf derselben optischen Achse, wie die beiden dargestellten Laserstrahlen 1 und 2 auf das Werkstück 5 gerichtet werden kann. Der dritte Laserstrahl kann dann wieder eine andere Wellenlänge aufweisen.
Mit 2 soll ein Trennen in vier Schnitten verdeutlicht werden. Die Vorschubbewegung erfolgt dabei entlang der auszubildenden Schneidkontur 6, die bei jedem Schnitt mindestens einmal vollständig abgefahren werden soll. Das aus mehreren Schichten A und B hergestellte Werkstück 5 wird dann so bearbeitet, dass die einzelnen Schichten A und B sukzessive ausgehend von der Oberfläche abgetragen werden. Im ersten Trennschnitt soll der Abtrag der obersten Schicht mit dem Werkstoff A erreicht werden. Hierfür ist einer der beiden Laserstrahlen 1 oder 2 ein und der jeweils andere Laserstrahl 1 oder 2 ausgeschaltet bzw. er wird mit reduzierter Leistung betrieben. Dafür wird ein Laserstrahl 1 oder 2 ausgewählt, der ein besseres Absorptionsverhalten für den Werkstoff A hat.
Nach Abtrag dieser obersten Schicht A wird im zweiten Schnitt die darunter liegende und aus dem Werkstoff B gebildete Schicht abgetragen, wofür im Wesentlichen, wie vorab zur obersten Schicht beschrieben vorgegangen, jedoch der entsprechend andere Laserstrahl 1 oder 2 dabei ausgenutzt wird.
Mit dem optischen Element 4 kann die Fokussierung dabei so vorgenommen werden, dass die Brennpunktebene je nach abgetragenem Werkstoff A und B immer tiefer in das Werkstück 5 hinein nachgeführt werden kann. Dabei sollte bei der Erfindung in jedem Fall, also auch mit anderen geeigneten Anordnungen, für die nachfolgend noch auf Beispiele eingegangen werden soll, gesichert sein, dass wie auch in der relativ schematischen Darstellung in 2 erkennbar, die Schnittfuge über die gesamte Tiefe eine konstante Breite aufweist. Die Schnittfuge kann auch so ausgebildet werden, dass sie ausgehend von der Oberfläche sich leicht konisch verjüngend ausgebildet ist.
Handelt es sich bei dem zu bearbeitenden Werkstück um einen Verbundwerkstoff, der als „Glare” bezeichnet wird und der aus einem Mehrschichtverbund mit alternierend angeordnetem glasfaserverstärkter-Kunststoff und Aluminium hergestellt worden ist, kann ein Werkstoffabtrag der Aluminiumschichten mit einem Laserstrahl bei einer Wellenlänge um 1 μm und der bei glasfaserverstärkten-Kunststoffschichten mit einem Laserstrahl einer Wellenlänge um 10 μm erreicht werden.
Die 4 zeigt eine Anordnung, bei der werden die beiden Laserstrahlen 1 und 2 aus zwei voneinander abweichenden Richtungen auf ein Strahlablenksystem 3 gerichtet. Mit mindestens einem reflektierenden Element 3.1 erfolgt die Auslenkung der Laserstrahlen 1 und 2 zur trennenden Bearbeitung entlang der Schneidkontur 6. Im Strahlengang der Laserstrahlen 1 und 2 ist jeweils ein fokussierendes Element 9 und 10 angeordnet, mit dem auch eine Anpassung der Position der Brennfleckebene erreicht werden kann. Dies ist mit den Doppelpfeilen angedeutet. Der Laserstrahl 1 wird außerdem mit dem optischen Element 11 kollimiert und so auf das fokussierende Element 9 gerichtet.
Am Strahlablenksystem 3 sind bei dem gezeigten Beispiel Fenster 3.2 und 3.3, durch die die Laserstrahlen 1 und 2 auf das reflektierende Element 3.1 und ein weiteres Fenster 3.4, durch das sie auf das Werkstück 5 gerichtet werden, angebracht. Die Fenster 3.2, 3.3 und 3.4 sollten aus einem für die unterschiedlichen Strahlungen optisch transparentem Werkstoff, wie z. B. ZnSe, CaF₂, ZnS oder MgF₂ gebildet sein, und dabei eine Absorption kleiner 10% aufweisen. Vorteilhaft sind die Fenster 3.2, 3.3 und 3.4 mit einer Antireflex-Beschichtung und das reflektierende Element 3.1 mit einer reflektierenden Beschichtung, z. B. Gold beschichtet.
Im Strahlablenksystem 3 ist außerdem ein optisches Element oder eine Anordnung mehrerer optischer Elemente 3.5 vorhanden. Damit kann eine weitere Strahlformung der Laserstrahlen 1 und 2 erreicht werden. Hierfür kann eine Planfeldoptik oder ein telezentrisches Objektiv genutzt werden. Auch hier sollten hochtransparente Werkstoffe und eine Antireflex-Beschichtung vorgesehen werden.
Bei der in 5 gezeigten Anordnung werden die Laserstrahlen 1 und 2 senkrecht zueinander nach einer Vorfokussierung auf ein optisches Einkoppelelement 12 gerichtet. Dieses Einkoppelelement 12 ist für den Laserstrahl 2 transparent und der Laserstrahl 2 wird durch Reflexion um 90° in seiner Richtung verändert. Von dort treffen beide Laserstrahlen 1 und 2 auf das reflektierende Element 3.1 des Strahlablenksystems.
Die vom reflektierenden Element 3.1 ausgelenkten Laserstrahlen 1 und 2 werden wieder analog, wie bei der in 4 gezeigten optischen Anordnung 3.5, geformt und dann auf das Werkstück 5 gerichtet.
Bei den Beispielen nach den 4 und 5 kann aber auch mindestens eines der für die Laserstrahlen 1 und 2 transmissiven Elemente, nämlich die Fenster 3.2, 3.3 und/oder 3.4 sowie auch die Anordnung ein oder mehrerer optischer Elemente 3.5 verzichtet werden. Dadurch können Verluste an den Oberflächen, die durch Reflexion, Beugung und Streuen an diesen optischen Elementen 3.2, 3.3, 3.4 und 3.5 auftreten können, vermieden werden. Es ist keine Berücksichtigung der unterschiedlichen Wellenlängen der beiden Laserstrahlen 1 und 2 erforderlich, wenn kein solches transmissives optisches Element 3.2, 3.3, 3.4 und 3.5 im Strahlengang der beiden Laserstrahlen 1 und 2, bei denen beide optische Achsen der beiden Laserstrahlen 1 und 2 auf derselben Achse liegen, mehr vorhanden ist. Die Strahlführung und/oder Fokussierung erfolgt dann in diesem Teil des Strahlengangs ausschließlich mit mindestens einem reflektierenden Element. Bei den Beispielen nach den 4 und 5 ist dies das reflektierende Element 3.1.
Die 6 zeigt eine Anordnung, bei der zwei Laserstrahlen mit derselben optischen Achse in Richtung Werkstück abgelenkt werden. Die zwei Laserstrahlen 1 und 2 werden von der gleichen Seite aber aus unterschiedlicher Richtung auf eine reflektierende Fläche eines Elements 13 gerichtet. Sie treffen dabei auf den einen Punkt 13.1 auf und werden entsprechend ihrer Einfallswinkel reflektiert. Die Reflexion erfolgt dabei so, dass beide Laserstrahlen 1 und 2 auf derselben optischen Achse A in Richtung auf das hier nicht dargestellte Werkstück 5 reflektiert werden, was mit den Pfeilen an den Laserstrahlen 1 und 2 verdeutlicht sein soll.
Dabei können sie durch die Blende 14 auf ein reflektierendes Element 15 auftreffen, mit dem sie auf das hier nicht dargestellte Werkstück 5 reflektiert werden können.
In 6 ist außerdem ein Polygonrad 13.2 gezeigt, dessen radial äußere Flächen an den Stirnseiten reflektierend für die Laserstrahlen 1 und 2 ausgebildet sind. Die Laserstrahlen können auf diese reflektierenden Flächen bei der Rotation des Polygonrades gerichtet und von dort zum Bauteil reflektiert werden. Günstig ist es, ein Polygonrad mit vielen Ecken und dementsprechend vielen reflektierenden Flächen einzusetzen. Die Laserstrahlen 1 und 2 können dabei in nicht dargestellter Form mit unterschiedlichen Winkeln auf die reflektierenden Flächen auftreffen. Da sich das Polygonrad 13.2 dreht können beide Laserstrahlen 1 und 2 von einer reflektierenden Fläche auf einen gemeinsamen oder nebeneinander angeordnete Position auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche entlang der Bearbeitungskontur 6 gerichtet werden. Auch dadurch können sie mit derselben optischen Achse A auf die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks auftreffen.
Die 7 zeigt ein bewegbares Element 8, wie es für die Strahlführung der beiden Laserstrahlen 1 und 2 zum Werkstück 5 eingesetzt werden kann. Dabei handelt es sich hier um ein scheibenförmiges Element 8, das durch Drehung bewegt werden kann. An einer Oberfläche einer Seite sind reflektierende Flächen 8.1 ausgebildet. Mit der Schnittdarstellung entlang der Linie B-B ist erkennbar, dass ein auf eine dieser reflektierende Flächen 8.1 auftreffender Laserstrahl, hier der Laserstrahl 2, dort in Richtung Werkstück 5 reflektiert wird, wenn das Element 8 bei der Rotation eine hierfür geeignete Winkelstellung als geeignete Position erreicht hat. Die jeweiligen Zeiten mit der eine Bestrahlung mit den beiden Laserstrahlen 1 oder 2 erfolgt, kann mittels der Drehzahl des Elements 8 und/oder der jeweiligen Länge der reflektierenden Flächen 8.1 und den Durchbrechungen 8.2 entlang der Kreisbahn auf die die beiden Laserstrahlen 1 und 2 durch das Element 8 oder auf die reflektierenden Flächen 8.1 gerichtet werden, beeinflusst werden.
Der jeweils andere Laserstrahl, hier also der Laserstrahl 1 kann bei geeigneter Winkelstellung des Elements 8 durch eine der hier beiden Durchbrechungen 8.2 in Richtung Werkstück 5 gestrahlt werden. Dies ist mit der Schnittdarstellung entlang der Linie A-A verdeutlicht. Die Laserstrahlen 1 und 2 werden dabei von zwei gegenüberliegenden Seiten auf das Element 8 gerichtet.
Bei einer Ausführung eines ebenfalls rotierenden Elements 8, wie es in 8 gezeigt ist, sind wieder reflektierende Flächen 8.1 und Durchbrechungen 8.2 vorhanden. Die reflektierenden Flächen 8.1 Durchbrechungen 8.2 sind dabei äquidistant zueinander und dabei alternierend angeordnet. Auch hier kann der Laserstrahl 1 bei der Drehung in geeigneten Winkelpositionen des Elements 8 durch das Element 8 und die Durchbrechungen 8.2 auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche gerichtet werden. In anderen Winkelpositionen trifft der Laserstrahl 2 auf reflektierende Flächen 8.1, die am äußeren Rand des Elements 8 ausgebildet und in einem Winkel von 45° in Bezug zur Rotationsachse des Elements 8 ausgerichtet sind. Der Laserstrahl 2 wird dabei senkrecht zum Laserstrahl 1 und senkrecht zur Rotationsachse des Elements 8 auf die reflektierenden Flächen 8.1 gerichtet, wie dies mit der rechten Darstellung der 8 erkennbar ist.
Mit der Länge der reflektierenden Flächen 8.1 und den Durchbrechungen 8.2 auf dem Radius, auf dem sie angeordnet sind und durch Variation der Drehzahl des Elements 8 kann zusätzlich Einfluss auf den Werkstoffabtrag genommen werden, da dadurch die Zeitintervalllänge bestimmt werden kann, in denen ein Werkstoffabtrag mit jeweils einem der beiden Laserstrahlen 1 oder 2 erfolgen kann. Dies trifft auch auf das Beispiel gemäß 7 zu.
Die reflektierenden Flächen 8.1 können bei den in den 7 und 8 dargestellten Elementen 7 und 8 als ebene planare aber auch als konkave Flächen ausgebildet sein. Konkave reflektierende Flächen 8.1 können eine zusätzliche Fokussierung bewirken, wodurch die Fläche des Brennflecks des Laserstrahls 2 verkleinert werden kann. Dabei sollte die Laserstrahlung des Laserstrahls 2 eine größere Wellenlänge als die Laserstrahlung des Laserstrahls 1 aufweisen, so dass eine zusätzliche Anpassung der Größen der Flächen der Brennflecke der beiden Laserstrahlen 1 und 2 erreichbar ist.

Claims

Verfahren zum trennenden Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlen, bei dem mindestens zwei im cw-Mode betriebene Laserstrahlen (1, 2), die voneinander abweichende Wellenlängen aufweisen, durch eine Relativbewegung der Laserstrahlen (1, 2) und des Werkstücks (5) entlang einer Schneidkontur (6) ausgelenkt und mit einem optischen Element (9, 10) fokussiert auf die zu bearbeitende Oberfläche gerichtet werden und die Laserstrahlen (1, 2) gleichzeitig so auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche gerichtet werden, dass sich dabei die Brennflecke zumindest zum größten Teil überdecken; wobei mit dem optischen Element (9) die Position der Brennpunktebene entsprechend des erfolgten Werkstoffabtrags nachgeführt wird und die Bearbeitung an Werkstücken (5), die als Verbund mit mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen mit Schichten A und B gebildet sind, so durchgeführt wird, dass eine Schicht A in einem ersten Trennschnitt und im Anschluss daran eine Schicht B in einem zweiten Schnitt abgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen (1, 2) alternierend mit veränderter Leistung betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen unter Verzicht eines Schneidgases durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Laserstrahlen (1, 2) mit einem Strahlablenksystem (3) zweidimensional ausgelenkt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Laserstrahlen (1, 2), deren Wellenlänge größer 800 nm ist, eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlen (1 und 2) so auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche gerichtet werden, dass die Flächen der Brennflecke zumindest annähernd gleich groß sind und/oder beide Brennflecke in jeder Ebene bei der Bearbeitung eine Ausdehnung senkrecht zur Vorschubachsrichtung aufweisen, die ≤ der ausgebildeten Schnittfuge ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Laserstrahl (1, 2) mit einem reflektierenden Element (3.1, 13) oder von einer reflektierenden Fläche (8.1) eines Elements (8) auf die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks (5) gerichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Laserstrahlen (1, 2), zumindest im Strahlengang bei dem beide optischen Achsen auf derselben Achsrichtung liegen, ausschließlich mit mindestens einem reflektierenden und/oder fokussierenden optischen Element (3.1) ausgelenkt und/oder geformt werden.