DE102023135197A1

DE102023135197A1 - DWM in SSL zur Parallelisierung

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Publication number: DE102023135197A1
Application number: DE102023135197.4A
Authority: DE
Inventors: Torsten Mans; Christian Weddeling
Original assignee: Trumpf Laser Se
Current assignee: Trumpf Laser Se De
Priority date: 2023-12-14
Filing date: 2023-12-14
Publication date: 2025-06-18
Also published as: WO2025125073A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Bearbeiten eines Werkstücks (12) mittels mindestens zweier Laserstrahlen (16, 20) mit Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (12) mittels mindestens zweier Laserstrahlen (16, 20) mit Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels mindestens zweier Laserstrahlen mit Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels mindestens zweier Laserstrahlen mit Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.
Für eine Vielzahl von Lasermaterialbearbeitungsanwendungen sind kurze Laserpulse mit hohen Laserpulswiederholraten erforderlich, um z.B. hohe Flächenraten der Bearbeitung erreichen zu können. Neben der zeitlichen Präzision der Pulsemission ist die erreichbare Geschwindigkeit der räumlichen Ablenkung häufig technisch begrenzend. Zudem ist die Umsetzung der für eine Bearbeitung benötigten Laserintensität in der Regel technisch schwierig.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels mindestens zwei Laserstrahlen bereitzustellen, wobei die obigen Nachteile ausgeräumt werden.
Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels mindestens zweier Laserstrahlen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Vorrichtung umfasst eine erste Lasereinrichtung zur Erzeugung eines ersten Laserstrahls mit einer ersten Wellenlänge und eine zweite Lasereinrichtung zur Erzeugung eines zweiten Laserstrahls mit einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge.
Die Vorrichtung umfasst eine Überlagerungseinrichtung zum Erzeugen eines überlagerten Laserstrahls durch ein, insbesondere kohärentes, Überlagern des ersten und des zweiten Laserstrahls. Die Überlagerungseinrichtung kann eine Linse zum Einkoppeln des ersten und des zweiten Laserstrahls umfassen (bspw. in eine Faser) bzw. als eine derartige Linse ausgebildet sein. Die Überlagerungseinheit kann als Single Mode Faser Kombinierer ausgebildet sein.
Die Vorrichtung umfasst eine Verstärkereinrichtung zum Verstärken des überlagerten Laserstrahls und eine Trenneinrichtung zum Auftrennen des überlagerten Laserstrahls in den ersten und den zweiten Laserstrahl. Der überlagerte Laserstahl kann eine spektrale Bandbreite aufweisen, die in einer spektralen Bandbreite der Verstärkereinrichtung liegt. Die Trenneinrichtung kann nach der Verstärkereinrichtung angeordnet sein. Die Trenneinrichtung kann zur Einführung einer Winkeldispersion des ersten und des zweiten Laserstrahls eingerichtet sein.
Vorrichtung umfasst zudem eine Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des ersten Laserstrahls auf eine erste Position auf dem Werkstück und zum Fokussieren des zweiten Laserstrahls auf eine von der ersten Position verschiedene zweite Position auf dem Werkstück. Insbesondere ist die erste Position beabstandet von der zweiten Position auf dem Werkstück angeordnet. Vorliegend ist mit dem Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position ein Abstand zwischen einem ersten Mittelpunkt des ersten auf dem Werkstück fokussierten Laserstrahls und einem Mittelpunkt des zweiten auf dem Werkstück fokussierten Laserstrahls entlang einer Oberfläche des Werkstücks gemeint. Es ist denkbar, dass die durch die beiden Laserstahlen auf dem Werkstück erzeugten Laserspots sich überlappen können.
Die Fokussiereinrichtung kann eine Brennweite von 600 mm (Millimeter) aufweisen. Die erste und/oder die zweite Wellenlänge können jeweils in einem spektralen Band von -70 nm bis +70 nm um 1030 nm liegen.
Hierdurch kann mit einfachen Mitteln eine Verstärkung des ersten und des zweiten Laserstrahls umgesetzt werden. Eine optimale Bearbeitung des Werkstücks kann so realisiert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann die Verstärkereinrichtung einen Stäbchen-Verstärker, eine Faser, einen Slab-Verstärker und/oder einen Scheiben-Verstärker umfassen. Die einzelnen oben genannten Verstärker können, sofern vorhanden, in der oben genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sein. Selbstverständlich ist auch eine andere Reihenfolge der oben genannten Verstärker, sofern vorhanden, denkbar. Ebenso denkbar ist es, dass die Verstärkereinrichtung auch einen anderen Verstärker umfassen kann.
Die Verstärkereinrichtung kann ein aktives Medium (bspw. Yb:Glas, Yb:LuAG (Ytterbium dotiertes Lutetium-Aluminium-Granat), Yb:YAG(Ytterbium dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat) oder Yb dotiertes Fused Silica) umfassen. Das aktive Medium kann laseraktive Ionen (bspw. Yb3+) umfassen. Das aktive Medium kann Yb dotiert sein. Das aktive Medium kann innerhalb eines Verstärkers, bspw. einer Faser, angeordnet sein.
Die Vorrichtung kann einen Mamyshev Regenerator zur Verkürzung von Pulsen aufweisen. Der Mamyshev Regenerator kann vor der Verstärkereinrichtung angeordnet sein.
Vorliegend beziehen sich Begriffe wie „vor“ einem Element oder „nach“ einem Element auf eine Propagationsrichtung des ersten Laserstrahls, des zweiten Laserstrahls und/oder des überlagerten Laserstrahls.
Hierdurch kann mit einfachen Mitteln die Verstärkereinrichtung umgesetzt und der überlagerte Laserstrahl verstärkt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann die Trenneinrichtung mindestens ein dispersives Element umfassen.
Das dispersive Element kann als ein optisches Gitter und/oder als ein Prisma ausgebildet sein.
Hierdurch kann mit einfachen Mitteln die Trenneinrichtung umgesetzt und der überlagerte Laserstrahl wieder in den ersten und den zweiten Laserstrahl getrennt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann die Trenneinrichtung mindestens zwei dispersive Elemente umfassen. Die mindestens zwei dispersive Elemente können derart eingerichtet sein, dass ein Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Laserstrahl durch Variation eines Abstandes und/oder einer Orientierung der mindestens zwei dispersiven Elemente zueinander eingestellt werden kann.
Die beiden dispersive Elemente können drehbar gelagert sein. Hierdurch kann bspw. der Winkel der beiden dispersiven Elemente zueinander um eine Achse senkrecht zur Propagations- oder Dispersionsebene eingestellt werden. Ein Abstand zwischen der ersten Position des ersten Laserstrahls und der zweiten Position des zweiten Laserstrahls auf dem Werkstück kann so bspw. durch eine Drehung des ersten und/oder des zweiten dispersiven Elements eingestellt werden.
Hierdurch kann mit einfachen Mitteln der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Laserstrahl eingestellt bzw. variiert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann die Trenneinrichtung derart eingerichtet sein, dass der erste und der zweite Laserstrahl nach dem Auftrennen einen Abstand in einem Winkelraum aufweisen, der in einem Bereich von 1 µrad (Mikroradiant) bis 1 mrad (Milliradiant) liegt.
Hierdurch kann der erste und der zweite Laserstrahl optimal weiterbearbeitet, insbesondere auf das Werkstück fokussiert, werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung können die erste und die zweite Lasereinrichtung jeweils mindestens einen Pulslaser umfassen. Der Pulslaser kann eine Pulsdauer in einem Bereich von 100 fs (Femtosekunde) bis 1 µs (Mikrosekunde), insbesondere in einem Bereich von mindestens 40 ps (Pikosekunde) bis maximal 1 ns (Nanosekunde), aufweisen. Der Pulslaser kann eine Pulswiederholrate von 200 MHz (Megahertz) bis 800 MHz aufweisen. Alternativ dazu kann die erste und die zweite Lasereinrichtung jeweils mindestens einen CW(Continious Wave)-Laser umfassen. Als Laserquelle kann eine Laserdiode, insbesondere eine Gain-Switch-Diode, bevorzugt eine DFB(Distributed Feedback)-Diode, implementiert sein.
Die Vorrichtung kann mindestens eine dritte Lasereinrichtung zur Erzeugung eines dritten Laserstrahls mit einer dritten Wellenlänge umfassen. Die dritte Wellenlänge kann verschieden von der ersten und/oder der zweiten Wellenlänge sein. Die dritte Lasereinrichtung kann mindestens einen Pulslaser (insbesondere mit Pulsen in einem Bereich von 1 ns (Nanosekunde) bis 1 ms (Mikrosekunde)) oder mindestens einen CW-Laser (oder eine lang gepulste Laserdiode) umfassen. Die dritte Wellenlänge kann am Rande einer Verstärkerbandbreite der Verstärkereinrichtung liegen. Der dritte Laserstrahl kann zum Ausgleichen bzw. zum Anpassen der Inversion in der Verstärkereinrichtung dienen.
Die Vorrichtung kann eine vierte Lasereinrichtung zur Erzeugung eines vierten Laserstrahls mit einer vierten Wellenlänge umfassen. Der erste, zweite und der vierte Laserstrahl können jeweils mittels eines Pulslasers erzeugt werden. Die erste, die zweite und die vierte Wellenlänge können einen Abstand von einer Zentralwellenlänge von 1 nm (Nanometer) aufweisen. Die erste Wellenlänge kann 1029 nm, die zweite Wellenlänge kann 1030 nm und die vierte Wellenlänge kann 1031 nm betragen. Eine spektrale Breite der ersten, zweiten und vierten Lasereinrichtung (bzw. deren jeweilige Pulslaser) kann weniger als 0,1 nm betragen. In diesem Fall werden (analog zu zwei Laserstrahlen) drei Laserstrahlen zu einem überlagerten Laserstrahl überlagert, verstärkt und dann wieder in drei einzelne Laserstrahlen aufgetrennt. Selbstverständlich kann die Anzahl der Laserstrahlen, die überlagert, verstärkt und wieder getrennt werden auch höher, also vier und mehr, sein. Die Anzahl der Laserstrahlen, die überlagert, verstärkt und wieder getrennt werden kann beispielsweise durch eine Bandbreite der Verstärkereinrichtung bzw. des aktiven Mediums limitiert sein.
Hierdurch können die einzelnen Laserstrahlen möglichst flexibel erzeugt und damit die Bearbeitung des Werkstücks möglichst flexibel umgesetzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann ein Verhältnis einer spektralen Breite jeweils der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge zu einem spektralen Abstand zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge 1:5, insbesondere 1:10, bevorzugt 1:20, betragen.
Hierdurch kann der erste und der zweite Laserstrahl möglichst optimal überlagert bzw. wieder aufgetrennt werden. Zudem kann die Elliptizität im Fokus durch Dispersion der Trenneinrichtung bzw. des dispersiven Elements geringgehalten werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann die erste Lasereinrichtung jeweils mindestens zwei Pulslaser umfassen. Dabei können die mindestens zwei, insbesondere alle, Pulslaser jeweils zur Erzeugung eines Teilstrahls mit einer gleichen Wellenlänge eingerichtet sein. Dabei können mindestens zwei, insbesondere alle, Teilstrahlen pulsverschoben ausgebildet sein. Insbesondere kann die Verschiebung um mehr als eine Pulsdauer betragen. Mindestens zwei, insbesondere alle Teilstrahlen können den ersten Laserstrahl bilden.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die zweite Lasereinrichtung jeweils mindestens zwei Pulslaser umfassen. Dabei können die mindestens zwei, insbesondere alle, Pulslaser jeweils zur Erzeugung eines Teilstrahls mit einer gleichen Wellenlänge eingerichtet sein. Dabei können mindestens zwei, insbesondere alle, Teilstrahlen pulsverschoben ausgebildet sein. Mindestens zwei, insbesondere alle Teilstrahlen können den zweiten Laserstrahl bilden.
Hierdurch kann mit einfachen Mitteln der erste bzw. der zweite Laserstrahl mit einer sehr hohen Pulswiederholrate umgesetzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann die erste und/oder die zweite Lasereinrichtung eine Temperiereinrichtung zum Variieren einer Temperatur der ersten und/oder der zweiten Lasereinrichtung umfassen. Die erste und/oder die zweite Lasereinrichtung können jeweils derart eingerichtet sein, dass die erste Wellenlänge und/oder die zweite Wellenlänge (bzw. deren jeweilige zentrale Wellenlänge) verschoben bzw. variiert werden kann. Die Verschiebung bzw. die Variation kann in einem Bereich von 0,01 nm/K bis 0,5 nm/K liegen, insbesondere 0,06 nm/K (Nanometer pro Kelvin) betragen. Die Temperatur der Temperiereinrichtung kann bspw. mittels einer T-Regelung gesteuert werden.
Hierdurch kann mit einfachen Mitteln die Temperatur der ersten und/oder der zweiten Lasereinrichtung variiert bzw. eingestellt werden. Über die Temperatur kann insbesondere die Wellenlänge der ersten bzw. der zweiten Lasereinrichtung verändert bzw. eingestellt werden. Dies kann insbesondere bei Diodenlasern realisiert werden, bei denen die Junction-Temperatur des pn-Übergangs die Zentralwellenlänge der Verstärkung bestimmt, bzw. bei DFB(Distributed Feedback)-Dioden, bei denen die Abstände der internen Gitterstruktur verändert werden. Durch das Einstellen der Wellenlängen kann die Dispersion in der Trenneinrichtung eingestellt und somit der Abstand zwischen dem ersten Laserstrahl und dem zweiten Laserstrahl eingestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann die Vorrichtung eine Scanneroptik zum Bewegen des ersten und/oder des zweiten Laserstrahls auf dem Werkstück umfassen. Die Scanneroptik kann vor der Fokussiereinrichtung angeordnet sein.
Hierdurch kann mit einfachen Mitteln eine Bewegung des ersten bzw. des zweiten Laserstrahls auf dem Werkstück umgesetzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann die Scanneroptik einen Galvoscanner und/oder einen Polygonscanner umfassen.
Hierdurch kann die Scanneroptik mit einfachen Mitteln umgesetzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann die Vorrichtung eine Konvertereinrichtung zum Konvertieren der ersten und/oder der zweiten Wellenlänge umfassen. Dabei kann die Wellenlänge halbiert oder gedrittelt bzw. die zur jeweiligen Wellenlänge gehörende Frequenz verdoppelt oder verdreifacht werden. Die Konvertereinrichtung kann einen nichtlinearen Kristall umfassen. Die Konvertereinrichtung kann eingerichtet sein, um den dritten Laserstrahl, insbesondere mittels des nichtlinearen Kristalls, herauszufiltern. Die Konvertereinrichtung kann nach oder vor der Trenneinrichtung angeordnet sein. Die Konvertereinrichtung kann vor der Scanneroptik angeordnet sein.
Hierdurch kann mit einfachen Mitteln die gewünschte Wellenlänge realisiert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann die Vorrichtung mindestens eine Steuereinrichtung zum Steuern der ersten Lasereinrichtung, der zweiten Lasereinrichtung, der dritten Lasereinrichtung, der Trenneinrichtung, der Temperiereinrichtung und/oder der Scanneroptik umfassen.
Hierdurch kann mit einfachen Mitteln eine Steuerung der Vorrichtung bzw. der einzelnen Elemente umgesetzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung kann die Fokussiereinrichtung derart eingerichtet sein, dass ein Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position in einem Bereich von 0,5 µm (Mikrometer) bis 5 mm, insbesondere 1 µm bis 100 µm liegt.
Hierdurch kann die Bearbeitung des Werkstücks möglichst optimal umgesetzt werden.
Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels mindestens zweier Laserstrahlen mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Erzeugen eines ersten Laserstrahls mit einer ersten Wellenlänge mittels einer ersten Lasereinrichtung.

Erzeugen eines zweiten Laserstrahls mit einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge mittels einer zweiten Lasereinrichtung.
Erzeugen eines überlagerten Laserstrahls durch ein, insbesondere kohärentes, Überlagern des ersten und des zweiten Laserstrahls.
Verstärken des überlagerten Laserstrahls.
Auftrennen des überlagerten Laserstrahls in den ersten und den zweiten Laserstrahl.
Fokussieren des ersten Laserstrahls auf eine erste Position auf dem Werkstück und Fokussieren des zweiten Laserstahls auf eine von der ersten Position verschiedene zweite Position auf dem Werkstück.
Hierdurch kann mit einfachen Mitteln eine Verstärkung des ersten und des zweiten Laserstrahls umgesetzt werden. Eine optimale Bearbeitung des Werkstücks kann so realisiert werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann das Verfahren den Schritt umfassen:

Verändern eines, insbesondere räumlichen, Abstandes zwischen dem ersten und dem zweiten Laserstrahl.

Hierdurch kann die Bearbeitung des Werkstücks wunschgemäß und optimal eingestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann das Verfahren den Schritt umfassen:

Erzeugen des ersten und/oder des zweiten Laserstrahls aus jeweils mindestens zwei gepulsten Teilstrahlen, wobei mindestens zwei, insbesondere alle, Teilstrahlen die gleiche Wellenlänge aufweisen und zueinander pulsverschoben ausgebildet sind.

Hierdurch kann mit einfachen Mitteln der erste bzw. der zweite Laserstrahl mit einer sehr hohen Pulswiederholrate umgesetzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann das Verfahren den Schritt umfassen:

Variieren einer Temperatur der ersten und/oder der zweiten Lasereinrichtung.

Hierdurch kann mit einfachen Mitteln die erste Wellenlänge bzw. die zweite Wellenlänge (insbesondere bei temperaturempfindlichen Lasereinrichtungen) wunschgemäß eingestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann das Verfahren den Schritt umfassen:

Bewegen des ersten und/oder des zweiten Laserstrahls auf dem Werkstück.

Hierdurch kann mit einfachen Mitteln das Werkstück wunschgemäß bearbeitet werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann das Verfahren den Schritt umfassen:

Konvertieren der ersten und/oder der zweiten Wellenlänge.
Hierdurch kann mit einfachen Mitteln eine für die Bearbeitung des Werkstücks gewünschte Wellenlänge eingestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung gemäß obiger Ausführungen verwendet werden.

Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Vorrichtung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens können die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels mindestens zweier Laserstrahlen.

Die Vorrichtung trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Vorrichtung 10 ist zum Bearbeiten eines Werkstücks 12 mittels mindestens zweier Laserstrahlen 16, 20 eingerichtet.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine erste Lasereinrichtung 14 zur Erzeugung eines ersten Laserstrahls 16 mit einer ersten Wellenlänge und eine zweite Lasereinrichtung 18 zur Erzeugung eines zweiten Laserstrahls 20 mit einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Überlagerungseinrichtung 22 zum Erzeugen eines überlagerten Laserstrahls 24 durch ein Überlagern des ersten und des zweiten Laserstrahls 16, 20. Die Vorrichtung 10 umfasst zudem eine Trenneinrichtung 28 zum Auftrennen des überlagerten Laserstrahls 24 in den ersten und den zweiten Laserstrahl 16, 20.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Fokussiereinrichtung 30 zum Fokussieren des ersten Laserstrahls 16 auf eine erste Position auf dem Werkstück 12 und zum Fokussieren des zweiten Laserstrahls 20 auf eine von der ersten Position verschiedene zweite Position auf dem Werkstück 12.
Die Fokussiereinrichtung 30 kann derart eingerichtet sein, dass ein Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position in einem Bereich von 0,5 µm bis 5 mm, insbesondere 1 µm bis 100 µm liegt.
Die Verstärkereinrichtung 26 kann einen Stäbchen-Verstärker, eine Faser, einen Slab-Verstärker und/oder einen Scheiben-Verstärker umfassen.
Die Trenneinrichtung 28 kann mindestens ein dispersives Element umfassen. Dieses kann bspw. als ein optisches Gitter und/oder als ein Prisma ausgebildet sein.
Die Trenneinrichtung 28 kann mindestens zwei dispersive Elemente umfassen. Die mindestens zwei dispersive Elemente können derart eingerichtet sein, dass ein Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Laserstrahl 16, 20 durch Variation eines Abstandes und/oder einer Orientierung der mindestens zwei dispersiven Elemente zueinander eingestellt werden kann.
Die Trenneinrichtung 28 kann derart eingerichtet sein, dass der erste und der zweite Laserstrahl 16, 20 nach dem Auftrennen einen Abstand in einem Winkelraum aufweisen, der in einem Bereich von 1 µrad bis 1 mrad liegt.
Die erste und die zweite Lasereinrichtung 14, 18 können jeweils mindestens einen Pulslaser und/oder jeweils mindestens einen CW-Laser umfassen. Die Vorrichtung 10 kann mindestens eine dritte Lasereinrichtung zur Erzeugung eines dritten Laserstrahls mit einer dritten Wellenlänge umfassen (nicht dargestellt). Die dritte Lasereinrichtung kann mindestens einen Pulslaser oder mindestens einen CW-Laser umfassen.
Das Verhältnis einer spektralen Breite jeweils der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge zur einem spektralen Abstand zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge kann 1:5, insbesondere 1:10, vorzugsweise 1:20 betragen.
Die erste Lasereinrichtung 14 kann mindestens zwei Pulslaser umfassen. Dabei können die mindestens zwei, insbesondere alle, Pulslaser jeweils zur Erzeugung eines Teilstrahls mit einer gleichen Wellenlänge eingerichtet sein. Dabei können mindestens zwei, insbesondere alle, Teilstrahlen pulsverschoben ausgebildet sein. Mindestens zwei, insbesondere alle, Teilstrahlen können den ersten Laserstrahl 16 bilden.
Die zweite Lasereinrichtung 18 kann mindestens zwei Pulslaser umfassen. Dabei können die mindestens zwei, insbesondere alle, Pulslaser jeweils zur Erzeugung eines Teilstrahls mit einer gleichen Wellenlänge eingerichtet sein. Dabei können mindestens zwei, insbesondere alle, Teilstrahlen pulsverschoben ausgebildet sein. Mindestens zwei, insbesondere alle, Teilstrahlen können den zweiten Laserstrahl 20 bilden.
Vorliegend umfassen die erste und die zweite Lasereinrichtung 14, 18 jeweils eine Temperiereinrichtung 32 zum Variieren einer Temperatur der ersten bzw. der zweiten Lasereinrichtung 14, 18.
Vorliegend umfasst die Vorrichtung 10 eine Scanneroptik 34 zum Bewegen des ersten und/oder des zweiten Laserstrahls 16, 20 auf dem Werkstück 12. Die Scanneroptik 34 kann einen Galvoscanner und/oder einen Polygonscanner umfassen. Die Scanneroptik 34 ist vorliegend vor der Fokussiereinrichtung 30 angeordnet.
Vorliegend umfasst die Vorrichtung 10 eine Konvertereinrichtung 36 zum Konvertieren der ersten und der zweiten Wellenlänge. Dabei kann die jeweilige Wellenlänge bspw. halbiert oder gedrittelt werden. Die Konvertereinrichtung 36 ist vorliegend vor der Scanneroptik 34 angeordnet.
Vorliegend umfasst die Vorrichtung 10 eine Steuereinrichtung 38. Die Steuereinrichtung 38 ist vorliegend zum Steuern der ersten Lasereinrichtung 14, der zweiten Lasereinrichtung 18, der Trenneinrichtung 28, der Temperiereinrichtung 32 der ersten Lasereinrichtung 14, der Temperiereinrichtung 32 der zweiten Lasereinrichtung 18 und der Scanneroptik 34 eingerichtet.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks 12 mittels mindestens zweier Laserstrahlen 16, 20 anhand der in 1 gezeigten Vorrichtung 10 beschrieben.
Das Verfahren umfasst die Schritte:

Erzeugen eines ersten Laserstrahls 16 mit einer ersten Wellenlänge mittels einer ersten Lasereinrichtung 14.

Erzeugen eines zweiten Laserstrahls 20 mit einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge mittels einer zweiten Lasereinrichtung 18.
Erzeugen eines überlagerten Laserstrahls 24 durch ein Überlagern des ersten und des zweiten Laserstrahls 16, 20.
Verstärken des überlagerten Laserstrahls 24.
Auftrennen des überlagerten Laserstrahls 24 in den ersten und den zweiten Laserstrahl 16, 20.
Fokussieren des ersten Laserstrahls 16 auf eine erste Position auf dem Werkstück 12 und Fokussieren des zweiten Laserstahls 20 auf eine von der ersten Position verschiedene zweite Position auf dem Werkstück 12.
Das Verfahren kann zumindest einen der folgenden Schritte umfassen:

Verändern eines Abstandes zwischen dem ersten und dem zweiten Laserstrahl 16, 20.

Erzeugen des ersten und/oder des zweiten Laserstrahls 16, 20 aus jeweils mindestens zwei gepulsten Teilstrahlen, wobei mindestens zwei, insbesondere alle, Teilstrahlen die gleiche Wellenlänge aufweisen und zueinander pulsverschoben ausgebildet sind.
Variieren einer Temperatur der ersten und/oder der zweiten Lasereinrichtung 14, 18.
Bewegen des ersten und/oder des zweiten Laserstrahls 16, 20 auf dem Werkstück 12.
Konvertieren der ersten und/oder der zweiten Wellenlänge.
Zur Durchführung des Verfahrens kann eine Vorrichtung 10 gemäß obiger Ausführungen, insbesondere die in 1 gezeigte Vorrichtung 10, verwendet werden.

Claims

Vorrichtung (10) zum Bearbeiten eines Werkstücks (12) mittels mindestens zweier Laserstrahlen (16, 20) umfassend: - eine erste Lasereinrichtung (14) zur Erzeugung eines ersten Laserstrahls (16) mit einer ersten Wellenlänge, - eine zweite Lasereinrichtung (18) zur Erzeugung eines zweiten Laserstrahls (20) mit einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge, - eine Überlagerungseinrichtung (22) zum Erzeugen eines überlagerten Laserstrahls (24) durch ein Überlagern des ersten und des zweiten Laserstrahls (16, 20), - eine Verstärkereinrichtung (26) zum Verstärken des überlagerten Laserstrahls (24), - eine Trenneinrichtung (28) zum Auftrennen des überlagerten Laserstrahls (24) in den ersten und den zweiten Laserstrahl (16, 20), - eine Fokussiereinrichtung (30) zum Fokussieren des ersten Laserstrahls (16) auf eine erste Position auf dem Werkstück (12) und zum Fokussieren des zweiten Laserstahls (20) auf eine von der ersten Position verschiedene zweite Position auf dem Werkstück (12).
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkereinrichtung (26) einen Stäbchen-Verstärker, eine Faser, einen Slab-Verstärker und/oder einen Scheiben-Verstärker umfasst.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (28) mindestens ein dispersives Element, insbesondere ein optisches Gitter und/oder ein Prisma, umfasst.
Vorrichtung (10) nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (28) mindestens zwei dispersive Elemente umfasst, die derart eingerichtet sind, dass ein Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Laserstrahl (16, 20) durch Variation eines Abstands und/oder einer Orientierung der mindestens zwei dispersiven Elemente zueinander eingestellt werden kann.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (28) derart eingerichtet ist, dass der erste und der zweite Laserstrahl (16, 20) nach dem Auftrennen einen Abstand in einem Winkelraum aufweisen, der in einem Bereich von 1 µrad bis 1 mrad liegt.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Lasereinrichtung (14, 18) jeweils mindestens einen Pulslaser oder jeweils mindestens einen CW-Laser umfassen, insbesondere wobei die Vorrichtung (10) mindestens eine dritte Lasereinrichtung zur Erzeugung eines dritten Laserstrahls mit einer dritten Wellenlänge umfasst, wobei die dritte Lasereinrichtung mindestens einen Pulslaser oder mindestens einen CW-Laser umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer spektralen Breite jeweils der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge zu einem spektralen Abstand zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge 1:5, insbesondere 1:10, bevorzugt 1:20, beträgt.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Lasereinrichtung (14, 18) jeweils mindestens zwei Pulslaser umfasst, wobei die mindestens zwei, insbesondere alle, Pulslaser jeweils zur Erzeugung eines Teilstrahls mit einer gleichen Wellenlänge eingerichtet sind, wobei mindestens zwei, insbesondere alle, Teilstrahlen pulsverschoben ausgebildet sind, insbesondere wobei mindestens zwei, insbesondere alle, Teilstrahlen den ersten und/oder den zweiten Laserstrahl (16, 20) bilden.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Lasereinrichtung (14, 18) eine Temperiereinrichtung (32) zum Variieren einer Temperatur der ersten und/oder der zweiten Lasereinrichtung (14, 18) umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Scanneroptik (34) zum Bewegen des ersten und/oder des zweiten Laserstrahls (16, 20) auf dem Werkstück (12) umfasst.
Vorrichtung (10) nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanneroptik (34) einen Galvoscanner und/oder einen Polygonscanner umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Konvertereinrichtung (36) zum Konvertieren, insbesondere Halbieren oder Dritteln, der ersten und/oder der zweiten Wellenlänge umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mindestens eine Steuereinrichtung (38) zum Steuern der ersten Lasereinrichtung (14), der zweiten Lasereinrichtung (18), der Trenneinrichtung (28), der Temperiereinrichtung (32) und/oder der Scanneroptik (34) umfasst.
Vorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (30) derart eingerichtet ist, dass ein Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position in einem Bereich von 0,5 µm bis 5 mm, insbesondere 1 µm bis 100 µm liegt.
Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (12) mittels mindestens zweier Laserstrahlen (16, 20) umfassend die Schritte: - Erzeugen eines ersten Laserstrahls (16) mit einer ersten Wellenlänge mittels einer ersten Lasereinrichtung (14); - Erzeugen eines zweiten Laserstrahls (20) mit einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge mittels einer zweiten Lasereinrichtung (18); - Erzeugen eines überlagerten Laserstrahls (24) durch ein Überlagern des ersten und des zweiten Laserstrahls (16, 20); - Verstärken des überlagerten Laserstrahls (24); - Auftrennen des überlagerten Laserstrahls (24) in den ersten und den zweiten Laserstrahl (16, 20); - Fokussieren des ersten Laserstrahls (16) auf eine erste Position auf dem Werkstück (12) und Fokussieren des zweiten Laserstahls (20) auf eine von der ersten Position verschiedene zweite Position auf dem Werkstück (12).
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: - Verändern eines Abstandes zwischen dem ersten und dem zweiten Laserstrahl (16, 20).
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: - Erzeugen des ersten und/oder des zweiten Laserstrahls (16, 20) aus jeweils mindestens zwei gepulsten Teilstrahlen, wobei mindestens zwei, insbesondere alle, Teilstrahlen die gleiche Wellenlänge aufweisen und zueinander pulsverschoben ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: - Variieren einer Temperatur der ersten und/oder der zweiten Lasereinrichtung (14, 18).
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: - Bewegen des ersten und/oder des zweiten Laserstrahls (16, 20) auf dem Werkstück (12).
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: - Konvertieren der ersten und/oder der zweiten Wellenlänge.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 verwendet wird.