專利名稱：用大功率密度電磁輻射來加工材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用大功率密度電磁輻射來加工材料的方法。
本發(fā)明方法的已測試過的操作包括通過工作激光來進行玻璃切割的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
激光的使用在早期就有實施，例如，用于玻璃切割，但是現(xiàn)有的已知方法是基于玻璃的表面吸收，即，能量吸收進表面層中，將它加熱，并使玻璃熔化和蒸發(fā)。因此，由于玻璃中產(chǎn)生的熱沖擊使材料斷開。其他的問題在于，材料會不受控制地斷開，且厚度控制比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進的加工方法，其相比現(xiàn)有技術(shù)的方法具有很多優(yōu)點，包括僅稍加熱工件，斷裂面(例如在玻璃中)光滑，且沒有有害合金元素的蒸發(fā)。
本發(fā)明的目的是基于權(quán)利要求1中所限定的特征來實現(xiàn)的。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方式在從屬權(quán)利要求中進行了闡述。


下面將參考附圖以示例的方法來更詳細地描述本發(fā)明。
圖1為工作束流在材料上的聚焦，小圖示出的是能量在材料中的吸收。
圖2為在圖1所示的狀態(tài)中，輻射能量在材料中產(chǎn)生了裂縫。
圖3為從待切工件上看的需要的加工路徑，束流沿著此路徑移動，以及圖4為在工件表面加工出的導(dǎo)向槽的使用，用于控制材料中要加工的裂縫。
具體實施例方式
加工是用電磁輻射通常是激光來進行的。該輻射具有特定的波長，所述波長是根據(jù)待加工的材料來選擇的，從而輻射可穿透材料內(nèi)部而沒有實質(zhì)上的表面吸收。因為根據(jù)材料而特別選擇的束流也聚焦在材料內(nèi)部，結(jié)果就是產(chǎn)生使材料以受控方式斷開的應(yīng)力條件。該聚焦過程是通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄒ蕴囟úㄩL的形式來進行的。例如，激光束可以通過光學(xué)器件(透鏡或反射鏡)來聚焦。在有些情況下，也可以通過磁線圈來進行聚焦。重要的是，輻射的焦點要位于材料內(nèi)部和/或一個穿透表面的附近，以在材料內(nèi)部產(chǎn)生足夠大功率密度的輻射。這樣，通過用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)器件使束流聚焦來獲得大功率密度。加工所用的波長必須根據(jù)材料的特殊性來選擇，從而不發(fā)生實質(zhì)上的表面吸收，但是，也可以是，在所選波長范圍內(nèi)材料的吸收系數(shù)導(dǎo)致在整個材料厚度上在材料中產(chǎn)生束流吸收。一些束流可從表面或從材料內(nèi)部反射到大氣中，一些束流可透過材料。
這樣，本發(fā)明的方法就基于在材料加工過程中大功率密度電磁輻射的使用。該方法的新穎性在于被加工的材料可傳送加工所使用的電磁輻射的波長，但是同時，在所謂焦點處的輻射的大功率密度會使材料切為兩段(見圖1和圖2)。一些能量在整個材料厚度上被均勻吸收。
圖3所示中的輻射沿著圖示的工作路徑進行，且在束流以受控方式沿著規(guī)劃出的需要的工作路徑前進時材料被斷開成兩段。
該方法可以應(yīng)用于，例如，用具有像可見光一樣性質(zhì)的激光來切割玻璃。電磁輻射通過適當(dāng)?shù)难b置被聚焦成一個小點，該裝置在采用激光的情況下通常包括透鏡或反射鏡，能量密度升高到較高水平，以使材料本身內(nèi)產(chǎn)生裂縫。
圖4示出了在材料表面中加工的導(dǎo)向槽，其與待切割的形狀相配合，并根據(jù)待切割的形狀來控制輻射在其運動或切割操作中的焦點。
實施該方法的第二種個方式是使激光輻射被用來在材料內(nèi)部產(chǎn)生與所需形狀符合的應(yīng)力區(qū)，然后材料受到剪力作用，使位于應(yīng)力區(qū)的相對側(cè)上的各段斷開。
權(quán)利要求
1.一種用大功率密度電磁輻射來加工材料的方法，其特征在于，所述輻射具有根據(jù)材料的特殊性而選擇的波長，從而輻射可以穿透過材料內(nèi)部，而基本上不會產(chǎn)生表面吸收，并且，所述輻射聚焦在材料內(nèi)部的一個點上和/或在一個穿透表面的附近，且此點沿著所需的加工路徑而移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電磁輻射由激光來提供，且所述聚焦由光學(xué)器件來執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法用于切割玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，所述材料的表面被加工出導(dǎo)向槽，該導(dǎo)向槽與待切割的形狀相配合，且控制輻射焦點的移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，所述激光輻射被用于在材料內(nèi)部產(chǎn)生所需形狀的應(yīng)力區(qū)，且接著材料受到剪力，該剪力可以使出現(xiàn)在應(yīng)力區(qū)相對側(cè)上的各段斷開。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用大功率密度電磁輻射來加工材料的方法，該輻射的波長根據(jù)材料而特別選擇，從而輻射在材料內(nèi)部穿透，而不會產(chǎn)生表面吸收。輻射被聚焦在材料內(nèi)部的一點上和/或在一個穿透表面的附近，此點沿著所需的加工路徑移動。電磁輻射可以由激光來提供，且聚焦可以由光學(xué)器件來進行。該方法在切割玻璃時特別有用，且該方法的好處在于，僅對加工工件稍加熱，斷裂面光滑，沒有有害合金元素的蒸發(fā)。
文檔編號B23K26/04GK1946508SQ200580008323
公開日2007年4月11日 申請日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者安蒂·薩爾米寧, 亞里·霍維科皮 申請人:薩米爾有限公司