Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionsbauteilen, insbesondere von transparenten Präzisionsbauteilen. Für viele Anwendungen müssen sprödharte transparente Werkstoffe wie Keramiken, Einkristalle, Glaskeramiken oder Gläser präzise Abmessungen aufweisen, um in ein anderes Bauteil passgenau eingefügt werden zu können. Beispiele für solche Anwendungen sind Displays, die in Gehäuse von mobilen Endgeräten passgenau, haltbar, versiegelnd und optisch ansprechend eingefügt werden müssen. Da diese sprödharten Werkstoffe nur schwer zu bearbeiten sind, wird versucht, die Bauteile aus den sprödharten Werkstoffen möglichst endkonturnah zu fertigen. Je näher die primär gefertigte Form an der Endkontur liegt, desto weniger Aufwand ist notwendig, um die endgültige Form durch Nachbearbeitung herzustellen. Schleifverfahren mit Diamantschleifstiften in Verbindung mit 5-Achs- Bearbeitungszentren (z.T. mit Ultraschallunterstützung) zur Fertigung von Präzisionsbauteilen aus sprödharten, auch transparenten Werkstoffen, sind Stand der Technik. Mit diesen Verfahren sind Toleranzen von wenigen μιτι sowie beliebige Geometrien realisierbar. Nachteilig sind jedoch die geringen Materialabtragraten und die damit verbundenen langen Bearbeitungszeiten. Ebenso sind z.T. aufwändige Werkstück-Spannvorrichtungen erforderlich. Darüber hinaus ist der Einsatz von Kühlschmierstoffen erforderlich, die anschließend gereinigt werden müssen um eine Wiederverwendung zu ermöglichen. Mit der Technologie des Wasserstrahlschneidens sind keine Präzisionsbauteile herstellbar, die erreichbaren Toleranzen liegen im Bereich um 80 μιτι oder größer. Zudem kann sich die Genauigkeit aufgrund des Mischrohrverschleißes zusätzlich verschlechtern. Erst unter Zugabe zusätzlicher, hochharter Abrasivstoffe können Vorschubgeschwindigkeiten von 40 mm/min bei 10 mm Bauteildicke realisiert werden (an transparenter Keramik). Damit entstehen zusätzliche Kosten durch den Bedarf an Abrasivmaterial und dessen Entsorgung nach seiner Verwendung.

Die Schrift WO2012/006736 beschreibt ein Verfahren, das einen Vorbereitungsschritt zur Materialtrennung von transparenten Werkstoffen darstellt. Hierbei werden mittels Laser sog. Filamente im Werkstoffvolumen erzeugt, entlang derer eine vereinfachte Rissbildung ermöglicht wird. Die Anwendung dieses Verfahrens beschränkt sich bisher auf eine Bearbeitungskinematik mit 3 Linearachsen und maximal einer Rotationsachse. Mit der vorhandenen Technik ist keine Präzisionsbearbeitung dreidimensionaler Körper beliebiger Geometrie möglich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Präzisionsbauteilen aus transparenten Werkstoffen mit beliebigen dreidimensionalen Geometrien. Die Transparenz eines Werkstoffs ist über Messungen der Real-Inline- Transmission (RIT) zu definieren, die RIT liegt bevorzugt bei > 20 %.

Das erfindungsgemäße transparente Substrat ist bevorzugt ein ein- oder polykristalliner keramischer Werkstoff oder ein amorphes anorganisches Material. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat ausgewählt aus der Gruppe der polykristallinen Keramiken, besonders bevorzugt Aluminiumoxid, Spinell (MgAI ₂ O ₄ ), Zirkonoxid, Yttrium- Aluminiumgranat (YAG), einer Keramik aus dem System Mg/AI/Y/O oder der Gruppe der einkristallinen Keramiken, besonders bevorzugt einkristallines Aluminiumoxid (Saphir). Amorphe anorganische Materialien umfassen insbesondere Gläser.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine 5-Achs- Bearbeitungskinematik in Verbindung mit der Laser-Filament-Trenntechnik vorgeschlagen, wobei ein oder mehrere Laser zur Bearbeitung eines Werkstücks verwendet werden können. Das Verfahren wird dadurch charakterisiert, dass:

- die Herstellung von Präzisionsbauteilen aus transparenten Werkstoffen mit Form- und Lagetoleranzen < 50 μιτι, speziell < 10 μιτι möglich ist

- keine Bearbeitungskräfte auf das Werkstück ausgeübt werden - kein Kühlschmierstoff verwendet werden muss

- keine nachträgliche Werkstückreinigung erforderlich ist

Bauteile, die mittels einer 5-Achs-Bearbeitungskinematik in Verbindung mit der Laser-Filament-Trenntechnik hergestellt sind, zeigen überraschenderweise eine geringe Rauigkeit. Die Oberflächengüte wird über die Messung von RA-Werten qualifiziert. RA-Werte liegen bei < 10 μιτι, vorzugsweise < 1 μιτι, besonders bevorzugt von < 0,6 μιτι. Dieser Zustand kann in der Hartbearbeitung genutzt werden, um Prozesszeiten zu verkürzen und Kosten zu senken. Darüber hinaus sind Hinterschnitte mit dieser Technologie realisierbar.

Durch die Kombination einer Sonderoptik des Lasers/ der Laser mit der 5-Achs- Bearbeitungskinematik lassen sich dreidimensionale Bauteile wie Uhrengehäuse, Zahnräder, Brücken oder weitere Komponenten eines Uhreninnenlebens herstellen, die anders nicht zu fertigen sind. Dies ist möglich durch die niedrigen Fertigungstoleranzen, die sich in besonderer weise auf die Präzision und den Energieverbrauch der Uhr sowie den Verschleiss der Mechanik auswirken. Die gefertigten Komponenten zeichnen sich durch eine hohe Verarbeitungsqualität aus, die erst durch die Kombination von sprödharten transparenten Werkstoffen und der 5-Achs-Bearbeitung technisch umzusetzen sind.

Diese Präzisionsbauteile weisen dabei geringe Volumina von > 1 cm ³ , bevorzugt > 8cm ³ , besonders bevorzugt > 100 cm ³ auf.

Insbesondere ist die Erfindung durch die folgenden Ausführungsformen 1 bis 26 gekennzeichnet: Ausführungsform 1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionsbauteilen, wobei ein Substrat mittels fokussierten Laserpulsen bearbeitet wird.

Ausführungsform 2: Verfahren nach Ausführungsform 1 , wobei die Laserpulse im Bereich von Pico- oder Femtosekunden sind.

Ausführungsform 3: Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 oder 2, wobei das Präzisionsbauteil unter Verwendung einer 5-Achsen- Bearbeitungskinematik hergestellt wird.

Ausführungsform 4: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Präzisionsbauteil einen RA-Wert von < 10 μιτι, vorzugsweise < 1 μιτι, besonders bevorzugt von < 0,6 μιτι aufweist.

Ausführungsform 5: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei ein optisches Element mit einer Brennweite von > 20 mm, bevorzugt > 40 mm, besonders bevorzugt > 50 mm verwendet wird. Ausführungsform 6: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Substrat ausgewählt ist ein- oder polykristallinen keramischen Werkstoffen oder einem amorphen anorganischen Material.

Ausführungsform 7: Verfahren nach Ausführungsform 6, wobei das Substrat ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Saphir, polykristallinem Spinell (MgAI ₂ O ₄ ), Aluminiumoxid, Zirkonoxid, eine Keramik aus dem System Mg/AI/Y/O und amorphen anorganischen Material.

Ausführungsform 8: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Präzisionsbauteil ein Volumen von > 1 cm ³ , bevorzugt > 8cm ³ , besonders bevorzugt > 100 cm ³ aufweist.

Ausführungsform 9: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das das Verfahren eine Bearbeitungstoleranz von < 100 μιτι, bevorzugt < 50 μιτι, besonders bevorzugt < 10 μιτι aufweist. Ausführungsform betrifft die Verwendung des Verfahrens nach einer der Ausführungsformen 1 bis 9 zur Herstellung von Uhrengehäusen; Bauteil für Uhren, insbesondere Zahnräder, Brücken oder andere Komponenten für das Uhreninnenleben; Freiformlinsen, Kameraabdeckungen; Schmuckgegenstände, insbesondere Ringe, Ohrringe, Ohranhänger; Uhrgläser; und Fahrzeug- und Maschinenkomponenten.