PL205462B1 - Urządzenie do mikroobróbki laserowej oraz sposób przeprowadzania mikroobróbki laserowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do mikroobróbki laserowej oraz sposób przeprowadzania mikroobróbki laserowej.

Rynek urządzeń elektronicznych ciągle wymaga zwiększonej wydajności przy zmniejszonych kosztach. Aby spełnić te wymagania, człony składowe zawierające różne urządzenia elektroniczne, można wytwarzać sprawniej i z mniejszymi tolerancjami.

Mikroobróbka laserowa jest powszechnym sposobem produkcyjnym kontrolowanego, selektywnego usuwania materiału.

Japoński patent JP 2001013510 ujawnia wytwarzanie elementu ciekłokryształowego przy pomocy mikroobróbki laserowej, podczas której ciecz jest doprowadzana z pierwszego kierunku do tego elementu za pomocą pierwszej dyszy i z drugiego kierunku, przeciwnego do pierwszego, za pomocą drugiej dyszy.

Publikacja WO 03028943 ujawnia natomiast sposób i urządzenie do przestrzennej obróbki laserowej (w trzech wymiarach) materiału stałego przy użyciu cieczy dozowanej przez dyszę, przy czym przepływ cieczy jest regulowany za pomocą zaworu przez sterownik, który ponadto steruje działaniem źródła promieniowania laserowego oraz pozostałymi regulatorami przepływu.

Jednakże potrzebne jest zwiększenie wydajności obróbki laserowej.

Urządzenie do mikroobróbki laserowej według wynalazku, zawierające laserową wiązkę do wykonywania elementu w powierzchni podłoża oraz posiadające pierwszy i drugi układ doprowadzania cieczy do elementu z pierwszego i drugiego kierunku przynajmniej w części czasu, w którym wiązka laserowa działa na podłoże, a pierwszy kierunek jest przeciwny do drugiego kierunku, oraz posiadające co najmniej jeden regulator przepływu cieczy do podłoża i/lub sterownik do sterowania działaniem źródła promieniowania laserowego i regulatorów przepływu charakteryzuje się tym, że posiada pierwszy układ doprowadzania cieczy do kierowania cieczy z pierwszego kierunku do elementu, posiadającego obszar cienia, do którego dopływ cieczy z pierwszego układu doprowadzania cieczy jest udaremniony oraz co najmniej drugi układ doprowadzania innej cieczy do elementu i do obszaru cienia z drugiego kierunku, a także posiada dysze, które mają dyszowe otwory z osiami b1, b2 nachylonymi pod kątami α, β do pierwszej powierzchni podłoża.

Korzystnie, wiązka laserowa i układy doprowadzania cieczy są tak skonfigurowane, aby wykonywać element, który jest nieprzelotowy, a także podłużny i przebiega wzdłuż długiej osi pomiędzy pierwszym jego końcem a przeciwległym drugim jego końcem, a ponadto pierwszy układ doprowadzania cieczy jest umieszczony blisko pierwszego końca elementu, a drugi układ doprowadzania cieczy jest usytuowany blisko drugiego końca elementu.

Sposób przeprowadzania mikroobróbki laserowej według wynalazku charakteryzuje się tym, że podczas przynajmniej pierwszego czasu trwania kierowania wiązki laserowej oraz cieczy z układów doprowadzania cieczy najpierw doprowadza się ciecz do obszaru oddziaływania laserowego z pierwszej dyszy z pierwszego kierunku, a podczas przynajmniej drugiego innego czasu trwania tego kierowania doprowadza się drugą ciecz do obszaru oddziaływania laserowego z przynajmniej drugiej innej dyszy z drugiego kierunku, który jest przeciwny do pierwszego oraz selektywnie steruje się doprowadzaniem cieczy do obszaru oddziaływania laserowego wzdłuż co najmniej dwóch różnych dróg o osiach (b1 i b2) doprowadzania cieczy.

Korzystnie, stosuje się drugie doprowadzanie obejmujące doprowadzanie cieczy, kiedy obszar oddziaływania laserowego jest w obszarze elementu, który jest niedostępny dla pierwszej dyszy.

Korzystnie, stosuje się pierwsze doprowadzanie obejmujące doprowadzanie cieczy, kiedy obszar oddziaływania laserowego jest w obszarze elementu, który jest niedostępny dla drugiej dyszy.

Korzystnie, doprowadza się ciecz zarówno z pierwszej dyszy, jak i z drugiej dyszy podczas trzeciego czasu trwania.

Korzystnie, stosuje się selektywne sterowanie obejmujące doprowadzanie cieczy wzdłuż pierwszej drogi o osi (b1) doprowadzania cieczy i brak doprowadzania cieczy wzdłuż drugiej drogi o osi (b2) doprowadzania, kiedy obszar oddziaływania laserowego jest w pierwszym obszarze elementu.

Korzystnie, stosuje się selektywne sterowanie obejmujące doprowadzanie cieczy wzdłuż drugiej drogi o osi (b2) doprowadzania cieczy i brak doprowadzania cieczy wzdłuż pierwszej drogi o osi (b1), kiedy obszar oddziaływania laserowego jest w drugim obszarze elementu, który jest zasłonięty przed bezpośrednim doprowadzaniem cieczy wzdłuż pierwszej drogi o osi (b1).

PL 205 462 B1

Wynalazek jest dokładniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykładową drukarkę w widoku z przodu, fig. 2 - wkład drukujący do użycia w przykładowej drukarce w widoku perspektywicznym, fig. 3 - część wkładu drukującego w przekroju, fig. 4 - urządzenie do obróbki laserowej według wynalazku w widoku z przodu, fig. 5, 5b-5e i 5g - etapy procesu obróbki laserowej przykładowego podłoża według wynalazku w przekroju, fig. 5a i 5f - części przykładowego urządzenia laserowego i podłoże w widoku z góry, a fig. 6-7 przedstawiają części urządzenia laserowego i podłoże w widoku z góry.

Opisane poniżej przykłady realizacji dotyczą sposobów i systemów do mikroobróbki laserowej podłoża. Mikroobróbka laserowa jest sposobem kontrolowanego, selektywnego usuwania materiału podłoża w produkcji. Przez usuwanie materiału podłoża mikroobróbka laserowa umożliwia nadawanie pewnych właściwości podłożu. Właściwości takie mogą mieć charakter przelotowy typu szczeliny, przechodzącej przez całą grubość podłoża, albo mieć charakter nieprzelotowy typu wybrania, na części grubości podłoża.

Obróbka laserowa usuwa materiał podłoża w strefach działania lasera, by utworzyć pewną cechę w podłożu. W pewnych przykładach realizacji do strefy działania lasera może być doprowadzana ciecz wzdłuż co najmniej jednej drogi doprowadzania cieczy, aby zwiększyć prędkość usuwania podłoża i/lub zmniejszyć występowanie osadzania się z powrotem materiału podłoża w pobliżu wymienionej cechy.

Różne czynniki mogą blokować określoną drogę doprowadzania cieczy do strefy działania lasera w określonych czasach w trakcie procesu usuwania podłoża. Podczas tworzenia pewnych cech za pomocą lasera podłoże może zatykać co najmniej jedną z dróg doprowadzania cieczy do strefy oddziaływania lasera. W niektórych opisanych przykładach realizacji ciecz może być kierowana na taką cechę wzdłuż co najmniej jednej drogi doprowadzania cieczy, tak aby odpowiednio doprowadzać ciecz do strefy oddziaływania lasera w takiej cesze.

Przykłady właściwości obróbki laserowej zostaną opisane ogólnie w kontekście wytwarzania szczelin doprowadzania tuszu (szczelin) w podłożu. Takie szczelinowe podłoża mogą występować we wkładach z tuszem lub pisakach i/lub w różnych urządzeniach systemów mikroelektromechanicznych innych zastosowań. Różne elementy składowe opisane poniżej mogą nie być przedstawione dokładnie, jeśli chodzi o ich wielkość. Załączone rysunki mają być raczej schematyczną reprezentacją, by przedstawiać czytelnikowi różne warianty opisanego tu wynalazku.

Pokazano tu przykłady wielkości, kształtu i usytuowania określonej cechy. Jednakże każdy rodzaj wielkości i kształtu geometrycznego cechy można wykonać stosując sposoby i urządzenia według wynalazku, tutaj opisane.

Ponadto, chociaż w kilku przykładach realizacji opisano i omówiono wkłady z tuszem lub pisaki, sposoby i urządzenia według wynalazku, tutaj opisane można wykorzystywać do wytwarzania urządzenia wyrzucającego płyn, które wyrzuca dowolny rodzaj płynu, w jednym lub wielu zastosowaniach.

Na fig. 1 i 2 przedstawiono przykładowe wyroby, które można wytworzyć wykorzystując co najmniej niektóre z opisanych przykładów realizacji. Na fig. 1 przedstawiono schematycznie przykładowe urządzenie drukujące, które ma przykładowy wkład drukujący. W tym przykładzie realizacji urządzenie drukujące stanowi drukarka 100. Przedstawiona tu drukarka nadaje się do drukowania monochromatycznego i/lub barwnego. Określenie „urządzenie drukujące” oznacza dowolny rodzaj urządzenia drukującego i/lub urządzenia tworzącego obraz, które wykorzystuje szczelinowe podłoże do osiągnięcia przynajmniej części swej funkcjonalności. Przykłady takich urządzeń drukujących mogą obejmować, ale bez ograniczenia, drukarki, urządzenia fototelegraficzne i fotokopiarki. W takim przykładowym urządzeniu drukującym szczelinowe podłoża stanowią część głowicy drukującej, która znajduje się we wkładzie drukującym, którego przykład opisano poniżej.

Na fig. 2 przedstawiono schematycznie przykładowy drukujący wkład 202, który nadaje się do użycia w przykładowym urządzeniu drukującym. Ten wkład drukujący jest złożony z drukującej głowicy 204 i korpusu 206 wkładu, który wspiera tę głowicę drukującą. Chociaż na tym drukującym wkładzie 202 stosowana jest pojedyncza drukująca głowica 204, w innych przykładowych konfiguracjach można stosować wiele głowic drukujących na pojedynczym wkładzie.

Drukujący wkład 202 jest skonstruowany tak, aby miał samodzielne źródło płynu lub tuszu w korpusie 206 wkładu. Inne konstrukcje wkładu drukującego mogą być alternatywnie lub dodatkowo rozwiązane tak, aby otrzymywały płyn z zewnętrznego źródła. Fachowcy zauważą możliwość innych przykładowych konfiguracji.

PL 205 462 B1

Na fig. 3 przedstawiono w schematycznym przekroju wzdłuż linii 3-3 z fig. 2 część przykładowej drukującej głowicy 204. Widok z fig. 3 jest poprzeczny do osi x szczeliny doprowadzania płynu (opisana poniżej), przy czym oś x przebiega do i z płaszczyzny rysunku.

Podłoże 300 przebiega tu pomiędzy pierwszą powierzchnią 302 podłoża (pierwsza powierzchnia), a drugą powierzchnią 303 podłoża (druga powierzchnia). Szczelina 305 przechodzi przez podłoże 300 pomiędzy pierwszą a drugą powierzchnią 302, 303.

W tym szczególnym przykładzie realizacji podłoże 300 zawiera krzem, który jest domieszkowany lub niedomieszkowany. Inne materiały podłoża mogą obejmować, ale bez ograniczenia, szkło, krzemionkę, ceramikę, arsenek galu, fosforek galu fosforek indu lub inny materiał.

Grubość podłoża (w kierunku na fig. 3) może mieć dowolną wartość odpowiednią do zastosowań przewidzianych dla podłoża. W niektórych przykładach realizacji grubość podłoża w kierunku z może wynosić od mniej niż 100 μm do więcej niż 2000 μ^ι. Jedno przykładowe rozwiązanie może wykorzystywać podłoże, które ma w przybliżeniu grubość 675 μm. Chociaż opisano tu pojedyncze podłoże, inne odpowiednie przykłady realizacji mogą zawierać podłoże, które ma wiele elementów składowych podczas montażu i/lub w gotowym wyrobie. Przykładowo jeden taki przykład realizacji może wykorzystywać podłoże posiadające pierwszą część składową i drugą protektorową część, która jest odrzucana w pewnej chwili podczas obróbki.

W tym konkretnym przykładzie wykonania jedna lub więcej cienkich warstw 314 są usytuowane na drugiej powierzchni 303 podłoża. W przynajmniej niektórych przykładach realizacji na cienkich warstwach 314 umieszczona jest barierowa warstwa 316 i dyszowa płytka lub warstwa 318.

W jednym przykładzie realizacji co najmniej jedna cienka warstwa 314 może zawierać co najmniej jedną przewodzącą ścieżkę (nie pokazano) oraz elementy elektryczne, takie jak rezystory 320. Poszczególne rezystory mogą być selektywnie sterowane poprzez ścieżki elektryczne. Cienkie warstwy 314 mogą również tworzyć w pewnych przykładach realizacji przynajmniej częściowo ściankę lub powierzchnię z wieloma doprowadzającymi płyn kanałami 322, przez które może przechodzić płyn. Barierowa warstwa 316 może tworzyć przynajmniej częściowo wiele wyrzutowych komór 324. W pewnych przykładach realizacji barierowa warstwa 316 może sama lub w połączeniu z cienkimi warstwami 314 tworzyć kanały 322 doprowadzania płynu. Dyszowa warstwa 318 może tworzyć wiele wyrzutowych dysz 326. Poszczególne dysze wyrzutowe mogą być usytuowane zgodnie odpowiednio z poszczególnymi wyrzutowymi komorami 324.

Barierowa warstwa 316 i dyszowa warstwa 318 mogą być tworzone w dowolny odpowiedni sposób. W jednej szczególnej realizacji zarówno barierowa warstwa 316, jak i dyszowa warstwa 318 zawierają materiał cienkiej warstwy, taki jak światłoczuły materiał polimerowy. Taki światłoczuły materiał polimerowy może być nakładany w dowolny odpowiedni sposób.

Przykładowo materiał ten może być nakładany odśrodkowo, co jest znane fachowcom.

Po nakładaniu odśrodkowym barierowa warstwa 316 może tworzyć pewien wzór, aby utworzyć w niej, przynajmniej częściowo, pożądane elementy, takie jak kanały lub komory wyrzutowe. W jednym przykładzie realizacji posiadające taki wzór obszary warstwy barierowej mogą być wypełnione materiałem protektorowym, co zwykle nazywane jest procesem z wykorzystaniem traconego wosku. W takim przykładzie realizacji dyszowa warstwa 318 może być wykonana z tego samego materiału, co warstwa barierowa i może być utworzona na warstwie barierowej 316. W jednej takiej przykładowej warstwie dyszowej materiał jest nakładany odśrodkowo na warstwę barierową. Dyszowej warstwie 318 może być następnie nadawany wzór potrzebny do utworzenia dysz 326 nad odpowiednimi komorami 324. Materiał protektorowy jest następnie usuwany z komór 324 i kanałów 322 warstwy barierowej.

W innym przykładzie realizacji barierowa warstwa 316 stanowi cienką warstwę, natomiast dyszowa warstwa 318 jest utworzona z osadzanego galwanicznie materiału niklowego. Inne odpowiednie przykłady realizacji mogą wykorzystywać warstwę dyszową, która pełni zadania zarówno warstwy barierowej jak i warstwy dyszowej.

Podczas działania płyn, taki jak tusz, wchodzi w szczelinę 305 z korpusu wkładu, jak pokazano na fig. 2. Płyn ten przepływa następnie przez poszczególne kanały 322 do indywidualnej wyrzutowej komory 324. Płyn jest wyrzucany z komory wyrzutowej, gdy prąd elektryczny przepływa przez indywidualny rezystor 320. Ten prąd elektryczny nagrzewa rezystor wystarczająco, by ogrzać część płynu zawartego w komorze wyrzutowej do temperatury wrzenia, tak że płyn ten rozszerza się, by spowodować wyrzucenie jego części z odpowiednio usytuowanej dyszy 326. Wyrzucony płyn jest następnie zastępowany przez dodatkowy płyn z kanału 322.

PL 205 462 B1

Drukarka i wkłady drukujące opisane powyżej stanowią tylko jeden przykład wyrobów, które mogą zawierać podłoża wytworzone z wykorzystaniem opisanych poniżej przykładów realizacji.

Na fig. 4 przedstawiono schematycznie w przekroju poprzecznym przykładowe laserowe urządzenie 402 do mikroobróbki podłoża 300a w celu utworzenia w nim elementu 404. Laserowe urządzenie 402 zawiera zespół do wytwarzania energii świetlnej wystarczającej do usuwania materiału podłoża, by wytworzyć element 404. Element 404 może mieć różne konfiguracje, obejmujące elementy nieprzelotowe i elementy przelotowe. Element nieprzelotowy przechodzi przez mniej niż całość grubości t podłoża mierzonej w kierunku z. Element przechodzący przez całą grubość t staje się elementem przelotowym. W przedstawionym przykładzie wykonania element 404 jest elementem nieprzelotowym, przebiegającym wzdłuż osi x od pierwszego końca 406a do drugiego końca 406b tego elementu.

Laserowe urządzenie 402 może mieć źródło 408 przeznaczone do emitowania laserowej wiązki 410. Wiązka laserowa może dotykać podłoża 300a lub inaczej być na nie skierowana. Przykładowe wiązki laserowe, takie jak laserowa wiązka 410, mogą dostarczać energii wystarczającej do pobudzenia energetycznego materiału podłoża, na który wiązka laserowa jest skierowana. Takie pobudzenie energetyczne może obejmować między innymi roztopienie, odparowanie, odwarstwienie, eksplodowanie fazowe, ablację, reagowanie i/lub ich połączenie. Podłoże, na które wiązka laserowa 410 jest skierowana i otaczający obszar zawierający pobudzony energetycznie materiał podłoża nazywane są w niniejszej publikacji obszarem lub strefą 412 oddziaływania laserowego. W pewnych przykładach realizacji podłoże 300a jest umieszczone na uchwycie mocującym 414 do obrabiania laserem. Odpowiednie uchwyty są znane fachowcom. Niektóre takie uchwyty mogą być skonstruowane tak, aby przemieszczać podłoże wzdłuż współrzędnych x, y i/lub z.

W różnych przykładach realizacji może być wykorzystywana co najmniej jedna soczewka 416 do ogniskowania lub rozpraszania laserowej wiązki 410. W niektórych z tych przykładów realizacji laserowa wiązka 410 może być ogniskowana w celu zwiększenia swej gęstości energii do skuteczniejszego obrabiania podłoża. W tych przykładach realizacji wiązka laserowa może być ogniskowana za pomocą co najmniej jednej soczewki 416, by uzyskać żądany kształt geometryczny tam, gdzie wiązka laserowa styka się z podłożem 300a. W niektórych z tych przykładów realizacji kształt taki może mieć średnicę 5-100 μm. W jednym przykładzie realizacji średnica ta wynosi w przybliżeniu 30 μm. Ponadto laserowa wiązka 410 może być skierowana bezpośrednio ze źródła 408 promieniowania laserowego na podłoże 300a lub też jest kierowana pośrednio z wykorzystaniem galwanometru 418 i/lub co najmniej jednego zwierciadła 420.

W niektórych przykładach realizacji laserowe urządzenie 402 ma przykładowo również co najmniej jeden układ zasilania cieczą, by selektywnie dostarczać z co najmniej jednej dyszy w danym czasie ciecz lub ciecze 422 do obszaru 412 oddziaływania laserowego i/lub innych części podłoża 300a. Ten przykład realizacji pokazuje dwa układy 424a, 424b doprowadzania cieczy. Przykłady stosownych cieczy zostaną omówione bardziej szczegółowo poniżej. W niektórych przykładach realizacji układy doprowadzania cieczy mogą również doprowadzać co najmniej jeden gaz 426, taki jak gaz wspomagający. Niektóre z tych przykładów realizacji wykorzystują dedykowane układy doprowadzania gazu, podczas gdy inne przykłady realizacji, takie jak przykład realizacji pokazany na fig. 4, dostarczają gaz 426 poprzez układy 424a, 424b doprowadzania cieczy. Przykłady doprowadzania gazu i odpowiednie gazy zostaną omówione bardziej szczegółowo poniżej.

Można zastosować co najmniej jeden regulator przepływu cieczy i/lub gazu do podłoża. Przedmiotowy przykład realizacji wykorzystuje dwa regulatory 428a, 428b przepływu. Niektóre przykłady realizacji wykorzystują sterownik 430 do sterowania działaniem, wśród innych elementów, źródła 408 promieniowania laserowego i regulatorów 428a, 428b przepływu.

Ciecz 422 jest doprowadzana podczas obróbki laserowej z różnymi natężeniami przepływu. Przykładowo w jednym odpowiednim przykładzie realizacji, wykorzystującym wodę jako odpowiednią ciecz, woda ta jest doprowadzana do podłoża z natężeniem przepływu 0,1 galon/h (0,378 l/h). W innych odpowiednich przykładach realizacji woda może być doprowadzana z natężeniem przepływu od mniej niż 0,05 galon/h (0,189 l/h) do co najmniej około 0,4 galon/h (1,512 l/h).

W niektórych przykładach realizacji może być również wykorzystywany układ 432 odprowadzania usuniętego materiału, który może odprowadzać odparowany materiał podłoża i/lub cząstki oddzielone od materiału podłoża i pewien składnik cieczy i/lub gazu wspomagającego, jak również różne inne cząstki. W pewnych przykładach realizacji układ odprowadzania usuniętego materiału zawiera układ podciśnieniowy i układ filtracyjny, przeznaczone do odsysania materiału w pobliżu wiązki laserowej i podłoża.

PL 205 462 B1

Na fig. 5-5g przedstawiono przykładowy sposób obróbki laserowej podłoża. Na fig. 5, 5b-5e i 5g przedstawiono etapy procesu tworzenia pewnego elementu w podłożu. Każda z tych figur przedstawia schematycznie w przekroju część przykładowego urządzenia laserowego, które jest podobne do urządzenia laserowego 402 z fig. 4. Fig. 5a i 5f przedstawiają w widoku z góry podłoże 300b na różnych etapach procesu obróbki laserowej.

Jak pokazano na fig. 5, układy 424c, 424d doprowadzania cieczy są przeznaczone do doprowadzania cieczy do podłoża 300b podczas procesu obróbki laserowej. Te układy 424c, 424d doprowadzania cieczy, jak tu pokazano, zawierają dysze 502a, 502b. W tym przykładzie wykonania dysze 502a, 502b mają zakończenia w przybliżeniu 5-10 mm nad pierwszą powierzchnią 302b w kierunku z, co oznaczono ogólnie przez h.

Dysze 502a, 502b mają dyszowe otwory b₂, b₂, od których określany jest kierunek drogi przepływu cieczy 424a, 424b. Dla objaśnienia tego przykładu realizacji dyszowe otwory b₂, b2 są wykorzystywane do identyfikacji poszczególnych dróg doprowadzania cieczy z poszczególnych dysz 502a, 502b i odpowiednio doprowadzanej cieczy 422a, 422b. Ciecze 422a, 422b z poszczególnych dysz 502a, 502b są specyficznie oznaczone dla wyjaśnienia, jak to okaże się poniżej.

W tym przykładzie realizacji dyszowe otwory b₂, b₂ są skierowane pod kątami α, β względem pierwszej powierzchni 302b podłoża 300b. W niektórych przykładach realizacji kąty α, β są kątami ostrymi względem pierwszej powierzchni 302b podłoża. W tym konkretnym przykładzie realizacji kąty α, β wynoszą około 50 stopni, a pierwszy i drugi otwór b₂, t>2 tworzą pomiędzy sobą kąt γ około 80 stopni.

W przedstawionym przykładzie realizacji ciecz kierowana na powierzchnię 302b podłoża ma tendencję do przepływania po powierzchni podłoża zasadniczo w kierunku przeciwległej dyszy. Przykładowo ciecz 422a skierowana wzdłuż osi b₂ otworu dyszy przez dyszę 502a ma tendencję do stykania się z powierzchnią 302b podłoża i płynięcia w kierunku do dyszy 502b. Pokazano to wyraźniej na fig. 5 i 5a.

Na fig. 5a przedstawiono w widoku z góry podłoże 300b przy pierwszej powierzchni 302b. Ciecze 422a, 422b pokrywają zasadniczo część pierwszej powierzchni 302b usytuowaną pomiędzy dyszami 502a i 502b. W tym przykładzie ciecz przykrywa również pierwszy zarys 504 elementu, który ma zostać wytworzony w podłożu w pierwszej powierzchni 302b. Ciecze 422a, 422b mogą być doprowadzane skutecznie do pierwszego zarysu 504 przez poszczególne dysze 502a, 502b i/lub obie dysze łącznie.

Jak pokazano na fig. 5b, laserowa wiązka 410a jest skierowana na podłoże 300b. Ta laserowa wiązka 410a usuwa materiał podłoża w obszarze 412a oddziaływania laserowego, by utworzyć płytki element 404a w podłożu poprzez pierwszą powierzchnię 302b. Ciecz 422a doprowadzana jest do obszaru 412a oddziaływania laserowego bezpośrednio wzdłuż drogi b₂ z dyszy 502a. Ciecz 422b może być również doprowadzana do obszaru 412a oddziaływania laserowego z dyszy 502b bezpośrednio lub po zetknięciu się z powierzchnią 302b i odchyleniu przez nią.

Jak pokazano tu, laserowa wiązka 410a jest prostopadła do pierwszej powierzchni 302b podłoża 300b, chociaż inne konfiguracje mogą tworzyć zadowalające rozwiązania. W tym przykładzie realizacji laserowa wiązka 410a będzie przemieszczana zasadniczo wzdłuż osi x z lewej strony do prawej na rysunku, na którym przedstawiono dalsze tworzenie elementu 404a. Na dalszych rysunkach elementowi temu przypisywane są nowe oznaczenia literowe w porządku alfabetycznym w miarę postępu obróbki laserowej.

Figura 5c przedstawia następny widok, gdzie laserowa wiązka 410a nadal usuwa dodatkowy materiał podłoża, by wytworzyć element 404b. Jak tu pokazano, laserowa wiązka 410a zakończyła jedno przejście po podłożu 303b z lewej strony do prawej i następnie przemieszcza się od prawej strony do lewej. Zakres ruchu lub droga odchylania wiązki laserowej wzdłuż osi x oznaczona jest ogólnie przez wymiar d, który w tym przypadku jest również wymiarem elementu 404b w kierunku osi x. Usytuowanie dysz 502a, 502b wzdłuż ostrych kątów α, β może pozwalać dyszom na pozostawanie na zewnątrz drogi odchylania przy doprowadzaniu cieczy do elementu 404b. W konkretnym przykładzie realizacji dysze 502a, 502b są umieszczone każda w odległości 5-10 mm do tyłu od elementu 404d w kierunku x, jak oznaczono ogólnie przez i. W tym przykładzie realizacji minimalna odległość pomiędzy dyszami 502a, 502b wynosi d plus 10-20 mm. Inne wymiary mogą też tworzyć odpowiednie przykłady realizacji.

Jak pokazano na fig. 5c, element 404b jest tworzony dodatkowo, przynajmniej częściowo, przez swą denną powierzchnię 506. W tym punkcie element 404b jest stosunkowo płytki w porównaniu z grubością t podłoża i jedna lub obie dysze mogą doprowadzać ciecz do tego elementu.

PL 205 462 B1

Figura 5d przedstawia kolejny widok w procesie obróbki laserowej. W tym przypadku laserowa wiązka 410a porusza się z prawej strony na lewo, usuwając dodatkowy materiał podłoża, by tworzyć element 404c. Dla celów ilustracji przedstawiono tu liniowy ruch wiązki laserowej, ale fachowiec zauważy, że przy wytwarzaniu tego elementu możliwe są inne odpowiednie układy przemieszczania wiązki laserowej, np. w kształcie bieżni.

Na fig. 5e przedstawiono kolejny widok; laserowa wiązka 410a wykonała wiele przejść po podłożu 300b, by utworzyć element 404d na przeważającej części grubości t podłoża. W tym punkcie element 404d jest utworzony na około 80% grubości t podłoża. Element 404d jest utworzony przynajmniej częściowo przez denną powierzchnię 506a. Obszar 412a oddziaływania laserowego jest pokazany przy lewym końcu elementu 404d. W tym punkcie w procesie obróbki laserowej obszar 412a oddziaływania laserowego jest usytuowany w obszarze cienia elementu 404d. Ten obszar cienia może obejmować obszar elementu, w którym określona dysza nie ma bezpośrednio całkowicie odsłoniętej drogi do doprowadzania cieczy. Jak pokazano na fig. 5e, są tu dwa obszary cienia 508a, 508b.

W tym punkcie w procesie obróbki laserowej pojedyncza dysza może być całkowicie lub częściowo zasłonięta przed doprowadzaniem cieczy do obszaru oddziaływania laserowego według potrzeb. Przykładowo dysza 502a może nie mieć bezpośredniej całkowicie nieprzesłoniętej drogi doprowadzania cieczy 422a do obszaru 412a oddziaływania laserowego, usytuowanego w strefie cienia 508a. Między innymi doprowadzanie cieczy może być całkowicie lub częściowo udaremnione w pewnych przykładach realizacji, ponieważ powierzchnia 302b podłoża fizycznie uniemożliwia przepływ cieczy.

Doprowadzanie cieczy do elementu 404d wyraźniej widać na fig. 5f, gdzie pokazano w widoku z góry element 404d podobny do pokazanego na fig. 5a. Fig. 5f przedstawia drugi zarys 504a utworzony przez denną powierzchnię 506a. Ciecz 422a z dyszy 502a zasadniczo nie sięga do obszaru cienia 508a. Podobnie ciecz 422b z dyszy 502b zasadniczo nie sięga do obszaru cienia 508b. Wykorzystując połączenie dysz 502a i 502b można jednak skutecznie doprowadzać ciecz do całego drugiego zarysu 504a na dennej powierzchni 506a, gdy głębokość elementu zwiększa się procentowo w stosunku do grubości t.

Na fig. 5g przedstawiono alternatywny przykład wykonania w widoku podobnym do pokazanego na fig. 5e, gdzie strefa 412a oddziaływania laserowego jest pokazana przy lewym końcu elementu 404d i w obszarze cienia 508a. W tym szczególnym przykładzie realizacji sterownik, taki jak sterownik 422, opisany w odniesieniu do fig. 4, może zmniejszać lub przerywać przepływ cieczy z określonej dyszy lub dysz podczas części procesu obróbki laserowej. Przykładowo, w jednym określonym przykładzie realizacji dysza 502a może być wyłączana, kiedy obszar 412a oddziaływania laserowego jest w obszarze cienia 508a, aby ciecz z dyszy 502b mogła skutecznie dopływać do obszaru oddziaływania laserowego. Odcięcie przepływu cieczy z dyszy 502a może powodować skuteczniejsze doprowadzanie cieczy do obszaru 412a oddziaływania laserowego przez dyszę 502b. Dysza 502b może być odcinana, kiedy obszar oddziaływania laserowego jest usytuowany po prawej stronie elementu w obszarze cienia 508b, aby ciecz wypływająca z dyszy 502b mogła skutecznie dochodzić do obszaru oddziaływania laserowego.

Jak pokazano na fig. 5g, odcięcie przepływu cieczy z jednej z dysz może zwiększać skuteczne doprowadzanie z przeciwległej dyszy przez zmniejszenie ewentualnego zakłócenia powodowanego przez przecinanie się dwóch lub więcej strumieni cieczy. W pewnych przykładach realizacji zmniejszenie zakłóceń może powodować, że mniej burzliwy przepływ cieczy o bardziej równomiernej objętości dochodzi do obszaru oddziaływania laserowego.

Etapy procesu obróbki laserowej, opisane powyżej w odniesieniu do fig. 5-5g, mogą być powtarzane, aż element przejdzie przez całą grubość t podłoża, by z elementu nieprzelotowego przeistoczyć się w element przelotowy. Alternatywnie lub dodatkowo przykładowy proces obróbki laserowej można wykorzystywać w połączeniu z innym procesem usuwania podłoża, by wytworzyć w tym podłożu element. Przykładowo do usuwania materiału podłoża można wykorzystywać proces taki jak trawienie, a obróbkę laserową można wykorzystywać do usunięcia dodatkowej ilości materiału podłoża, by wytworzyć żądany element, taki jak szczelina.

Na fig. 6-7 przedstawiono w widoku z góry alternatywne przykłady wykorzystywania wielu dysz do skutecznego kierowania cieczy na podłoże podczas obróbki laserowej, by wytworzyć w podłożu element.

Na fig. 6 pokazano przykład realizacji wykorzystujący dziesięć niezależnie sterowanych struktur 424c-424l doprowadzania cieczy, usytuowanych w pobliżu elementu 404e utworzonego w pierwszej powierzchni 302c podłoża. Każda z tych dziesięciu struktur doprowadzających ciecz jest

PL 205 462 B1 skonfigurowana tak, aby dostarczać ciecz wzdłuż innej drogi doprowadzania cieczy, które są tu oznaczone przez b3 - bi2. W tym przykładzie realizacji skuteczny przepływ cieczy podczas wytwarzania elementu można osiągnąć przez selektywne sterowanie działaniem poszczególnych struktur doprowadzania cieczy w zależności od usytuowania obszaru oddziaływania laserowego podczas procesu obróbki laserowej.

Na fig. 7 przedstawiono przykład realizacji wykorzystujący pojedynczą strukturę 424m doprowadzania cieczy, zawierającą w przybliżeniu 100 dysz. Przykładowo pokazano tu dyszę 502e. W tym przykładzie realizacji dysze są rozmieszczone w układzie, który jest zbliżony do zarysu 504f elementu 404f wytworzonego w pierwszej powierzchni 302d podłoża. Konfiguracja taka umożliwia skuteczne doprowadzanie cieczy do podłoża podczas procesu obróbki laserowej, nawet jeśli jedna lub więcej dysz są zablokowane dla doprowadzania cieczy w obszar elementu. Dla przejrzystości nie pokazano dróg przepływu cieczy z tych dysz, ale opisano je w kilku przykładach realizacji powyżej.

W odpowiednich przykładach realizacji mogą być wykorzystywane różne rodzaje struktur doprowadzania cieczy. Przykładowo odpowiednie struktury doprowadzania cieczy mogą zawierać aerografy, które dostarczają ciecz w postaci aerozolu w sprężonym gazie. Inne odpowiednie struktury doprowadzania cieczy mogą wykorzystywać sprężone powietrze lub inne gazy i wprowadzać ciecz z wykorzystaniem zwężki. Jeszcze inne przykłady realizacji mogą po prostu wykorzystywać sprężoną ciecz z dyszą lub bez dyszy, by uzyskać żądany przepływ. Ciecz może być doprowadzana do obszaru oddziaływania laserowego w dowolnej odpowiedniej postaci. Przykładowo ciecz może tworzyć rozpyloną mgłę, aerozol, kropelki i/lub ciecz, która nie jest zasadniczo rozproszona z cząsteczkami gazu. W opisanych powyżej przykładach realizacji jako odpowiednią ciecz wykorzystuje się wodę. Inne odpowiednie ciecze mogą obejmować między innymi rozpuszczalniki organiczne, kwasy i zasady na bazie wody oraz między innymi środki powierzchniowo czynne na bazie wody.

Opisane przykłady realizacji mogą wykorzystywać wiązkę laserową do wytwarzania elementu w podłożu. W kilku przykładach realizacji wiązka laserowa tnie z większą wydajnością i prędkością przy doprowadzaniu cieczy, takiej jak woda, do obszaru oddziaływania laserowego, gdzie wiązka laserowa pobudza materiał podłoża. Niektóre z opisanych przykładów realizacji mogą kierować ciecz do elementu wzdłuż dwóch lub więcej dróg, by zapewnić odpowiednie doprowadzanie cieczy do obszaru oddziaływania laserowego wewnątrz tego elementu.

Claims (8)

1. Urządzenie do mikroobróbki laserowej, zawierające laserową wiązkę do wykonywania elementu w powierzchni podłoża oraz posiadające pierwszy i drugi układ doprowadzania cieczy do elementu z pierwszego i drugiego kierunku przynajmniej w części czasu, w którym wiązka laserowa działa na podłoże, a pierwszy kierunek jest przeciwny do drugiego kierunku, oraz posiadające co najmniej jeden regulator przepływu cieczy do podłoża i/lub sterownik do sterowania działaniem źródła promieniowania laserowego i regulatorów przepływu, znamienne tym, że posiada pierwszy układ (424a) doprowadzania cieczy do kierowania cieczy (422) z pierwszego kierunku do tego elementu (404), posiadającego obszar cienia (508a), do którego dopływ cieczy (422) z pierwszego układu (424a) doprowadzania cieczy jest udaremniony oraz co najmniej drugi układ (424b) doprowadzania innej cieczy (422) do elementu (404) i do obszaru cienia (508a) z drugiego kierunku, a także posiada dysze (502a), (502b), które mają dyszowe otwory z osiami (bi, b) nachylonymi pod kątami α, β do pierwszej powierzchni (302b) podłoża (300b).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wiązka laserowa (410) i układy (424a, 424b) doprowadzania cieczy są tak skonfigurowane, aby wykonywać element (404), który jest nieprzelotowy, a także podłużny i przebiega wzdłuż długiej osi pomiędzy pierwszym jego końcem (406a) a przeciwległym drugim jego końcem (406b), a ponadto pierwszy układ (424a) doprowadzania cieczy jest umieszczony blisko pierwszego końca (406a) elementu, a drugi układ (424b) doprowadzania cieczy jest usytuowany blisko drugiego końca (406b) elementu.

3. Sposób przeprowadzania mikroobróbki laserowej, polegający na wytwarzaniu w podłożu elementu przynajmniej częściowo przez kierowanie na niego wiązki laserowej oraz cieczy z układów doprowadzania cieczy, przeznaczonych do doprowadzania cieczy do elementu przynajmniej w części czasu, w którym wiązka laserowa działa na podłoże, aby usunąć materiał podłoża w obszarze oddziaływania laserowego, podczas przynajmniej pierwszego czasu trwania z pierwszej dyszy pierwszego

PL 205 462 B1 kierunku, znamienny tym, że podczas przynajmniej pierwszego czasu trwania tego kierowania najpierw doprowadza się ciecz (422) do obszaru (412) oddziaływania laserowego z pierwszej dyszy (502a) z pierwszego kierunku, a podczas przynajmniej drugiego innego czasu trwania tego kierowania doprowadza się drugą ciecz (422) do obszaru (412) oddziaływania laserowego z przynajmniej drugiej innej dyszy (502b) z drugiego kierunku, który jest przeciwny do pierwszego oraz selektywnie steruje się doprowadzaniem cieczy (422) do obszaru (412) oddziaływania laserowego wzdłuż co najmniej dwóch różnych dróg o osiach (όχ, b₂) doprowadzania cieczy.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosuje się drugie doprowadzanie obejmujące doprowadzanie cieczy (422), kiedy obszar (412) oddziaływania laserowego jest w obszarze (508a) elementu (404), który jest niedostępny dla pierwszej dyszy (502a).

5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosuje się pierwsze doprowadzanie obejmujące doprowadzanie cieczy (422), kiedy obszar (412) oddziaływania laserowego jest w obszarze (508b) elementu (404), który jest niedostępny dla drugiej dyszy (502b).

6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że doprowadza się ciecz (422) zarówno z pierwszej dyszy (502a), jak i z drugiej dyszy (502b) podczas trzeciego czasu trwania.

7. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosuje się selektywne sterowanie obejmujące doprowadzanie cieczy (422) wzdłuż pierwszej drogi o osi (bj) doprowadzania cieczy i brak doprowadzania cieczy wzdłuż drugiej drogi o osi (b₂) doprowadzania, kiedy obszar (412) oddziaływania laserowego jest w pierwszym obszarze (508a) elementu (404).

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stosuje się selektywne sterowanie obejmujące doprowadzanie cieczy (422) wzdłuż drugiej drogi o osi (b₂) doprowadzania cieczy i brak doprowadzania cieczy wzdłuż pierwszej drogi o osi (b₂), kiedy obszar (412) oddziaływania laserowego jest w drugim obszarze (508b) elementu (404), który jest zasłonięty przed bezpośrednim doprowadzaniem cieczy wzdłuż pierwszej drogi o osi (bj.