DE10200144A1

DE10200144A1 - Method and device for separating a material

Info

Publication number: DE10200144A1
Application number: DE10200144A
Authority: DE
Inventors: Andre Witzmann
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2002-01-04
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2022-01-05
Also published as: DE10200144B4; WO2003055637A1; AU2002364301A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu Verfahren zum Trennen von Glas, wobei ein Anriss an der Glasoberfläche erzeugt wird und vom Anriss mit einem geführten Laserstrahl ein Riss entlang der vorgegebenen Trennlinie gezogen wird, wobei die Wellenlänge des Laserstrahls in einem Bereich ist, in dem die Absorptionslänge in der Größenordnung der Werkstückdicke liegt. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Trennen von Glas, mit einem Laser mit einer Absorptionslänge in der Größenordnung der Werkstückdicke und einer Bestrahlung des Glases in der Breite von höchstens 1 mm, bevorzugt höchstens 0,3 mm. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung, die Verwendung der Vorrichtung zum Trennen eines Werkstoffes, wie Glas, Keramik und Kunststoff, insbesondere Flachglas, Glasrohren und Glasstangen.The present invention relates to a method for methods for separating glass, wherein a crack is produced on the glass surface and a crack is drawn from the crack with a guided laser beam along the predetermined dividing line, the wavelength of the laser beam being in a range in which the Absorption length is in the order of the workpiece thickness. The present invention further relates to a device for cutting glass, with a laser with an absorption length in the order of magnitude of the workpiece thickness and an irradiation of the glass with a width of at most 1 mm, preferably at most 0.3 mm. Finally, the present invention relates to the use of the device for separating a material, such as glass, ceramic and plastic, in particular flat glass, glass tubes and glass rods.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen eines Werkstoffes. The present invention relates to a method and an apparatus for Cutting a material.

Aus DE-C-42 14 159 ist ein Verfahren zum Erzeugen von Bruchspannungen im Glas bekannt, wobei die Bruchspannung durch Bestrahlung des Glases entlang der Trennlinie in einer Breite von höchstens 0,15 mm mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung einer Leistungsdichte von mindestens 10 kW/mm² und Aufheizzeiten kleiner als 125 ms in einem Wellenlängenbereich erfolgt, in dem die Absorptionslänge der Strahlung in der Größenordnung der Werkstücksdicke liegt. Bei diesem Verfahren wird eine Schnittstelle erhalten, die nicht immer den geforderten Anforderungen entspricht. DE-C-42 14 159 discloses a method for generating breaking stresses in the glass, the breaking stress by irradiating the glass along the dividing line in a width of at most 0.15 mm with high-energy electromagnetic radiation with a power density of at least 10 kW / mm ² and heating times of less than 125 ms take place in a wavelength range in which the absorption length of the radiation is in the order of magnitude of the workpiece thickness. With this method, an interface is obtained which does not always meet the required requirements.

Aus DE-A-44 05 203 ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Glas, Kunststoff, Halbleitern, Holz oder Keramik mittels Laserbestrahlung bekannt, wobei ein, aus einem dieser Stoffe bestehendes und zu bearbeitendes Werkstückteil mit einem Laserstrahl beaufschlagt und dadurch die Beschaffenheit des Werkstückteiles verändert wird und wobei eine Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von etwa 1,4 µm bis 3,0 µm verwendet wird. Die Abtragung erfolgt durch einen thermo-mechanischen Effekt, in dem der zu bearbeitende Stoff durch die Wirkung der Laserstrahlung lokal sehr stark aufgeheizt wird, so dass es zu sogenannten Mikroexplosionen kommt. Bei diesem Verfahren wird eine raue Bruchkante mit Splitern erhalten. DE-A-44 05 203 describes a method for processing glass, plastic, Semiconductors, wood or ceramics by means of laser radiation are known, one, Workpiece part consisting of one of these substances and to be machined a laser beam and thereby the nature of the Workpiece part is changed and where a laser radiation with a Wavelength of approximately 1.4 µm to 3.0 µm is used. The deduction takes place through a thermo-mechanical effect in which the material to be processed by the effect of laser radiation is locally heated up very strongly, so that it too so-called micro-explosions comes. With this procedure, a rough Preserve breaking edge with splitters.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein wirtschaftliches und umweltfreundliches Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Werkstoffen bereitzustellen, wobei eine splitterfreie gezogene Trennlinie mit beliebiger Kontur erzeugt wird. The object of the present invention is an economical and environmentally friendly method and a device for separating Provide materials, with a splinter-free drawn dividing line with any contour is generated.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Trennen eines Werkstoffes, wobei The object of the present invention is achieved by a method for Separating a material, whereby

a) ein Anriss an der Werkstoffoberfläche erzeugt wird,

a) vom Anriss mit einem geführten Laserstrahl ein Riss entlang der vorgegebenen Trennlinie gezogen wird, wobei die Wellenlänge des Laserstrahls in einem Bereich ist, in dem die Absorptionslänge in der Größenordnung der Werkstücksdicke liegt.

a) a crack is produced on the surface of the material,

a) a tear is drawn from the crack with a guided laser beam along the predetermined dividing line, the wavelength of the laser beam being in a range in which the absorption length is in the order of magnitude of the workpiece thickness.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, dass beliebige Konturen mit hoher Präzision geschnitten werden können. Konturen mit kleinem Krümmungsradius können dabei besonders vorteilhaft geschnitten werden. Der Schnitt ist in hohem Maße frei von Splittern. The inventive method is that any contours with can be cut with high precision. Contours with small Radius of curvature can be cut particularly advantageously. The Cut is largely free of splinters.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Bestrahlung des Werkstoffes in einer Breite von höchstens 1 mm, bevorzugt höchsten 0.3 mm, erfolgt. Die Spannungszone ist schärfer und intensiver und in Folge dessen ist der Schnitt präziser als bei herkömmlichen Verfahren. A preferred embodiment of the present invention is a method the irradiation of the material with a width of at most 1 mm, preferably at most 0.3 mm. The tension zone is sharper and more intensive and as a result the cut is more precise than with conventional ones Method.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Bestrahlung des Werkstoffes mit einer Leistungsdichte von mindestens 100 W/cm² erfolgt. Bei diesen Leistungsdichten liegt die maximale Temperatur im Werkstück unterhalb der Transformationstemperaturen. Dadurch werden nur temporäre Spannungen und keine permanenten Spannungen erzeugt. A preferred embodiment of the present invention is a method in which the material is irradiated with a power density of at least 100 W / cm ² . At these power densities, the maximum temperature in the workpiece is below the transformation temperatures. This creates only temporary tensions and no permanent tensions.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei die Geschwindigkeit des Laserstrahles bei > 1 mm/s, bevorzugt > 50 mm/s, liegt. Bei dieser Geschwindigkeit verbreitert sich das Wärmeprofil langsam. Es wird ein technisch guter Schnitt erhalten. A preferred embodiment of the present invention is a method the speed of the laser beam being> 1 mm / s, preferably> 50 mm / s, lies. The heat profile widens at this speed slowly. A technically good cut is obtained.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei der Focus des Lasers etwa in der Mitte des Werkstücks liegt. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass der Bereich mit der höchsten Temperatur und damit die Druckspannungszone im Inneren des Werkstückes liegt. Sehr vorteilhaft wirkt sich dabei aus, dass die für das Wachstum des Risses notwendigen Rissspannungen an der Werkstoffoberfläche oder im Rissgrund liegen. A preferred embodiment of the present invention is a method the focus of the laser is approximately in the middle of the workpiece. The The advantage of the method according to the invention is that the area with the highest temperature and thus the compressive stress zone inside the Workpiece lies. The fact that the for the Growth of the crack necessary crack stresses at the Material surface or in the crack base.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei hinter dem Laser eine Sprühdüse geführt wird. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, dass die durch das Laser- Temperaturprofil erzeugte Spannungen, verstärkt werden. Dadurch wird eine vorteilhafte Erhöhung der Geschwindigkeit des Trennverfahrens erreicht. A preferred embodiment of the present invention is a method a spray nozzle being guided behind the laser. The advantage of this The inventive configuration is that the laser Temperature profile generated voltages are increased. This will make one advantageous increase in the speed of the separation process achieved.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, wobei der Werkstoff vor der Trennung entlang der Trennlinie vorgeheizt wird. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, dass die, durch das Laser-Temperaturprofil erzeugten Spannungen verstärkt werden. Dadurch wird eine vorteilhafte Erhöhung der Geschwindigkeit des Trennverfahrens erreicht. Another preferred embodiment of the present invention is a Process where the material is cut along the dividing line before separation is preheated. The advantage of this embodiment according to the invention is that that the stresses generated by the laser temperature profile are amplified become. This will result in an advantageous increase in the speed of the Separation process reached.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Trennen eines Werkstoffes mit einem Laser mit einer Absorptionslänge in der Größenordnung der Werkstücksdicke und einer Bestrahlung des Werkstoffes in einer Breite von höchstens 1 mm, bevorzugt höchsten 0.3 mm, vorgesehen. Mit dem erfindungsgemäßen Laser werden sehr gute beliebige Konturen mit hoher Präzision erhalten. Konturen mit kleinem Krümmungsradius können besonders vorteilhaft geschnitten werden. Der Schnitt ist in hohem Maße frei von Splittern. According to the invention there is a device for separating a material a laser with an absorption length of the order of magnitude Workpiece thickness and irradiation of the material with a width of at most 1 mm, preferably at most 0.3 mm. With the invention Lasers will get very good contours with high precision. Contours with a small radius of curvature can be cut particularly advantageously become. The cut is largely free of splinters.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einer Leistungsdichte von mindestens 100 W/cm². Mit dem erfindungsgemäßen Laser wird bei diesen Leistungsdichten die maximale Temperatur im Werkstück unterhalb der Transformationstemperaturen erreicht. Dadurch werden nur temporäre Spannungen und keine permanenten Spannungen erzeugt. A preferred embodiment of the invention is a device with a power density of at least 100 W / cm ² . With these power densities, the laser according to the invention achieves the maximum temperature in the workpiece below the transformation temperatures. This creates only temporary tensions and no permanent tensions.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit des Laserstrahles von > 1 mm/s, bevorzugt > 50 mm/s, liegt. Bei dieser Geschwindigkeit verbreitert sich das Wärmeprofil langsam. Es wird ein technisch guter Schnitt erhalten. A preferred embodiment of the invention is a device with a The speed of the laser beam is> 1 mm / s, preferably> 50 mm / s. At this speed, the heat profile widens slowly. It will received a technically good cut.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung mit Laser, Laseroptik, Sprühdüse, Heizvorrichtung, x-y-φ-Positioniervorrichtung und Spülluftanschluss verwendet. According to the invention, a device with laser, laser optics, spray nozzle, Heater, x-y-φ positioning device and purge air connection used.

Erfindungsgemäß ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trennen eines Werkstoffes, wie Glas, Keramik und Kunststoff, insbesondere Flachglas, Glasrohren und Glasstangen vorgesehen. The use of the device according to the invention is in accordance with the invention for separating a material such as glass, ceramic and plastic, in particular flat glass, glass tubes and glass rods are provided.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail with reference to a drawing.

drawing

Die Zeichnung besteht aus Fig. 1. Fig. 1 zeigt einen Laser (1), eine Laseroptik (2), Sprühdüse (3), Heizvorrichtung (4), Werkstück (5), x-y-φ- Positioniervorrichtung oder Verfahrenseinheit (6) und Spülluftanschluss (7) sowie einen Riss (8). Das Werkstück (5) wird unter dem Laser (1) geführt. Im Werkstück (5) wird ein Riss (8) anhand der Führung des Lasers (1) in das Werkstück (5) geschnitten. The drawing consists of Fig. 1. Fig. 1 shows a laser ( 1 ), laser optics ( 2 ), spray nozzle ( 3 ), heating device ( 4 ), workpiece ( 5 ), xy-φ positioning device or process unit ( 6 ) and Purge air connection ( 7 ) and a crack ( 8 ). The workpiece ( 5 ) is guided under the laser ( 1 ). In the workpiece (5), a crack (8) is cut by means of the guidance of the laser (1) into the workpiece (5).

Claims

1. A method of separating a material, wherein

a) a crack is produced on the surface of the material,

b) a tear along the predetermined dividing line is drawn from the crack with a guided laser beam, the wavelength of the laser beam being in a range in which the absorption length is in the order of magnitude of the workpiece thickness.

2. The method according to claim 1, wherein the irradiation of the material in a width of at most 1 mm, preferably at most 0.3 mm.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein the irradiation of the material is carried out with a power density of at least 100 W / cm ² .

4. The method according to at least one of claims 1 to 3, wherein the The speed of the laser beam is> 1 mm / s, preferably> 50 mm / s.

5. The method according to at least one of claims 1 to 4, wherein the focus of the laser lies approximately in the middle of the workpiece.

6. The method according to at least one of claims 1 to 5, wherein behind a spray nozzle is guided to the laser.

7. The method according to at least one of claims 1 to 6, wherein the Material is preheated along the dividing line before the separation.

8. Device for separating a material, using a laser with a Absorption length in the order of the workpiece thickness and one Irradiation of the material in a width of at most 1 mm, preferably maximum 0.3 mm.

9. The device according to claim 8 with a power density of at least 100 W / cm ² .

10. The apparatus of claim 8 or 9 at a speed of Laser beam of> 1 mm / s, preferably> 50 mm / s, is.

11. The device according to at least one of claims 8 to 10 with laser ( 1 ), laser optics ( 2 ), spray nozzle ( 3 ), heating device ( 4 ), xy-φ positioning device ( 6 ) and purge air connection ( 7 ).

12. Use of a device according to at least one of claims 8 to 11 for separating a material such as glass, ceramic and plastic, in particular flat glass, glass tubes and glass rods.