Verfahren zur Material abtragenden Laserbearbeitung eines Werkstücks

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Material

abtragenden Laserbearbeitung eines Werkstücks, das ein Trägerelement aus einem Kunststoff mit einer Oberfläche und eine im Vorfeld der Laserbearbeitung auf die Oberfläche aufgebrachte Metallisierungsschicht umfasst. Die

Laserbearbeitung wird mittels einer

Laserbearbeitungsvorrichtung ausgeführt, die eine

Lasereinheit und eine Steuereinheit zum Ansteuern der Lasereinheit umfasst. Das Verfahren umfasst:

Anordnen des Werkstücks in einer Bearbeitungsposition in einem Arbeitsbereich der Lasereinheit,

Generieren von Werten für Betriebsparameter zum

Betreiben der Lasereinheit,

Erzeugen und Aussenden eines Laserstrahls gemäß der generierten Werte für die Betriebsparameter durch die Lasereinheit ,

Beaufschlagen des in der Bearbeitungsposition

angeordneten Werkstücks mit dem ausgesandten Laserstrahl in einem Bearbeitungspunkt im Bereich der mit der

Metallisierungsschicht versehenen Oberfläche des

Werkstücks, so dass in dem Bearbeitungspunkt lokal

Material der Metallisierungsschicht abgetragen wird, - Bewegen des Laserstrahls und damit auch des

Bearbeitungspunkts gemäß der generierten Werte für die Betriebsparameter durch die Lasereinheit relativ zu dem Werkstück entlang einer Arbeitsbahn im Bereich der mit der Metallisierungsschicht versehenen Oberfläche des Werkstücks, so dass entlang der Arbeitsbahn Material der

Metallisierungsschicht abgetragen wird.

Ferner betrifft die Erfindung eine

Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11 und ein Computerprogramm gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16.

Der Kunststoff des Trägerelements kann transparent sein. Er sollte ferner Laser resistent (ohne Reflexionen) sein. Eine Material abtragende Laserbearbeitung eines Werkstücks wird auch als Laserablation oder Laserverdampfen bezeichnet. Dabei wird durch Beschuss einer mit einem Material

beschichteten Oberfläche mit gepulster Laserstrahlung

Material von der Oberfläche abgetragen. Die hierbei

verwendete Laserstrahlung hat eine hohe Leistungsdichte und führt zu einer rapiden Erhitzung des Materials und der Ausbildung eines Plasmas an der Oberfläche. Bei Laserpulsen im Nanosekundenbereich führt die Energie des Lasers zu einer Aufheizung der Oberfläche (im Sinne von thermischen Bewegungen der Atome) während des Laserpulses. Da die

Wärmeleitung nur einen langsamen Energietransport ins

Volumen ermöglicht, wird die eingestrahlte Energie auf eine sehr dünne Schicht konzentriert (ca. 1 μπι bei 10 ns

Pulslänge) , daher erreicht das mit dem Laser bestrahlte Material sehr hohe Temperaturen, und es kommt zum schlagartigen Verdampfen des Materials. Durch Ionisation (thermisch, durch das Laserlicht oder Elektronenstoß) entsteht bei hoher Leistungsdichte des Lasers ein Plasma aus Elektronen und Ionen des abgetragenen Materials.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst das Werkstück, von dem Material abgetragen werden soll, ein Trägerelement aus einem Kunststoff mit einer Oberfläche und eine im

Vorfeld der Laserbearbeitung auf die Oberfläche

aufgebrachte Metallisierungsschicht. Der Kunststoff des Trägerelements ist vorzugsweise transparent.

Bei dem Werkstück handelt es sich beispielsweise um ein Zierelement oder Zierblende für eine Kraftfahrzeug- Beleuchtungseinrichtung. Der Innenraum eines Scheinwerfers ist bspw. mit solchen Zierblenden ausgekleidet (z.B. um eine Projektionslinse eines PES-Moduls oder um einen

Reflektorrand eines Reflexionsmoduls herum) , um die

dahinter befindliche, in der Regel unansehnliche Mechanik und Elektrik des Scheinwerfers vor Blicken von außen durch die transparente Abdeckscheibe abzuschirmen. Aus

verschiedenen Gründen, beispielsweise aus Designaspekten, kann es wünschenswert sein, die Transparenz des

Trägerelements zumindest in ausgewählten Bereichen wieder herzustellen. So wäre es bspw. denkbar, hinter einem transparenten Abschnitt der Zierblende eine

Kraftfahrzeugleuchte anzuordnen, die dann durch den

transparenten Abschnitt der Zierblende hindurch Licht zur Realisierung einer Leuchtenfunktion aussendet. Es wäre auch einfach denkbar, dass hinter der Zierblende eine

Lichtquelle positioniert wird, die den Bereich hinter der Zierblende ausleuchtet, so dass die transparenten

Abschnitte der Zierblende zur Realisierung eines speziellen Nachtdesigns der Beleuchtungseinrichtung leuchten. Aus der US 5,817,243 ist bereits ein Verfahren bekannt, um bei verschiedenartigen Werkstücken (z.B. Metall, Plastik oder Leder) Material abzutragen und dadurch in die

Oberfläche des Kunststoffteils ein möglichst

kontrastreiches Design oder Muster einzubringen. Sofern es sich bei dem Werkstück um ein beschichtetes Werkstück handelt und im Rahmen der Laserabtragung ein Teil der Beschichtung abgetragen wird, ist dies lediglich in

Verbindung für ein beschichtetes Metallteil beschrieben. Sofern es sich bei dem Werkstück um ein transparentes Werkstück handelt (z.B. eine Abdeckscheibe eines

Motorradscheinwerfers) , ist lediglich beschrieben, dass mittels des Lasers ein Muster in das transparente Material des Werkstücks eingebracht werden kann. Ferner ist an verschiedenen Stellen beschrieben, dass das Verfahren ein besonders detailliertes, filigranes Muster auf dem

Werkstück erzeugen soll. Das Verfahren ist somit

ungeeignet, von größeren Flächen eines mit einer

Metallisierungsschicht versehenen, transparenten

Kunststoffteils Material der Metallisierungsschicht abzutragen. Es kommt noch hinzu, dass das beschriebene Verfahren für Kunststoffteile nicht geeignet ist, die eine komplexe, dreidimensionale Form aufweisen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art

dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass auch bei einem komplexen dreidimensionalen Kunststoffteil großflächig Material der Metallisierungsschicht abgetragen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein

Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.

Insbesondere wird vorgeschlagen, dass der

Bearbeitungspunkt, in dem der Laserstrahl auf die zu bearbeitende Oberfläche des Kunststoffteils fällt, entlang mehrerer nebeneinander liegender Arbeitsbahnen hin und her bewegt wird, wobei benachbarte Arbeitsbahnen so dicht nebeneinander liegen, dass ein Bearbeitungspunkt des

Laserstrahls auf einer Arbeitsbahn an einen

Bearbeitungspunkt des Laserstrahls auf einer benachbarten Arbeitsbahn angrenzt oder diesen teilweise überlagert, um großflächig Material der Metallisierungsschicht abzutragen. Ferner wird die Lasereinheit gemäß den generierten Werten für die Betriebsparameter bewegt, um die Position des

Bearbeitungspunkts zu ändern und einem dreidimensionalen Verlauf der mit der Metallisierungsschicht versehenen

Oberfläche beim Abfahren der Arbeitsbahnen zu folgen. Der Bearbeitungspunkt des Laserstrahls wird entlang

mehrerer nebeneinander liegender mäandernder Arbeitsbahnen bewegt, sodass in gewünschten Bereichen auf der Oberfläche des Werkstücks Material der Metallisierungsschicht

großflächig abgetragen werden kann. Vorzugsweise wird ein Winkel, mit dem der Laserstrahl auf die Oberfläche des Werkstücks trifft, konstant gehalten, während der

Bearbeitungspunkt des Laserstrahls die mäandernden

Arbeitsbahnen abfährt. Bei einem in einem globalen

Koordinatensystem betrachtet dreidimensionalen Verlauf der Oberfläche ist dadurch eine ständige Anpassung der

Strahlrichtung in einem globalen Koordinatensystem

erforderlich. Die Variation der Richtung des Laserstrahls kann entweder dadurch erzielt werden, dass die Lasereinheit geeignete Umlenkmittel (bspw. verstellbare Umlenkspiegel) aufweist, so dass die Austrittsrichtung des Laserstrahls aus der Lasereinheit variiert werden kann. Es ist aber auch denkbar, dass die Position und Ausrichtung der gesamten Lasereinheit variiert wird, wobei die Austrittsrichtung des Laserstrahls aus der Lasereinheit konstant bleibt. Die Position und Ausrichtung der Lasereinheit folgt dabei dem dreidimensionalen Verlauf der mit der

Metallisierungsschicht versehenen Oberfläche, damit der Laserstrahl stets in einem konstanten Winkel auf die

Oberfläche trifft.

Dabei ist es denkbar, dass entweder die gesamte

Lasereinheit oder nur ein Teil der Lasereinheit bewegt wird. Insbesondere ist es denkbar, dass ein Teil der

Lasereinheit, der ein Lasermedium und einen Resonator umfasst, nicht bewegt wird. Das Bewegen der Lasereinheit oder eines Teils davon umfasst insbesondere ein lineares Verfahren in eine X-, Y- und/oder Z-Richtung. Ferner kann das Bewegen der Lasereinheit oder eines Teils davon auch ein Drehen um eine oder mehrere der genannten X- , Y- und/oder Z-Achsen umfassen.

Vorzugsweise wird die gesamte Lasereinheit in Position und Ausrichtung bewegt, und folgt dabei dem komplexen

dreidimensionalen Verlauf der Oberfläche des Werkstücks. Das Bewegen der Lasereinheit erfolgt dabei in Abhängigkeit von den generierten Werten für die Betriebsparameter zum Betreiben der Lasereinheit. Die Betriebsparameter umfassen daher beispielsweise eine Position (X, Y, Z) , eine

Ausrichtung und eine Verstellgeschwindigkeit der

Lasereinheit. Ferner können die Betriebsparameter

insbesondere eine Pulsdauer, eine Pulsfrequenz und eine Leistung des Laserstrahls bzw. der Lasereinheit umfassen. Insbesondere ist es denkbar, dass Pulsdauer, Pulsfrequenz und Leistung der Lasereinheit während der eigentlichen Laserbearbeitung auf konstanten Werten eingestellt werden. Leistung, Pulsdauer und Pulsfrequenz müssen dabei möglichst präzise eingestellt werden, damit die

Metallisierungsschicht in der gewünschten Schichtdicke möglichst vollständig abgetragen wird, ohne die

Trägerschicht zu beschädigen. Insbesondere sollen die Licht durchlässigen Eigenschaften der Trägerschicht durch den auftreffenden Laserstrahl nicht beeinträchtigt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit einen großflächigen und präzisen Materialabtrag, indem die

Lasereinheit einem dreidimensionalen Verlauf der mit der Metallisierungsschicht versehenen Oberfläche des Werkstücks beim Abfahren der mäandernden Arbeitsbahnen folgt.

Die Lasereinheit wird beim Abfahren der nebeneinander liegenden Arbeitsbahnen vorzugsweise derart bewegt, dass der Auftreffwinkel des Laserstrahls auf die Oberfläche konstant bleibt. Auf diese Weise kann die Leistungsdichte des Lasers in dem Bearbeitungspunkt auf einem annähernd konstanten Niveau gehalten werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird der

Bearbeitungspunkt des Laserstrahls auf der mit der

Metallisierungsschicht versehenen Oberfläche des

Kunststoffteils mittels Aktoren bewegt. Die Aktoren können ausgebildet sein, die Lasereinheit zu bewegen oder nur einen Teil davon. Vorzugsweise wird die gesamte den

Laserstrahl erzeugende Lasereinheit mittels der Aktoren bewegt. Es kann sich jedoch als vorteilhaft erweisen, wenn nur ein Teil der Lasereinheit durch die Aktoren bewegt wird, um die Position des Bearbeitungspunkts zu ändern. Die Lasereinheit umfasst beispielsweise geeignete Umlenkmittel (bspw. verstellbare Umlenkspiegel) , welche mittels der Aktoren bewegt werden, so dass die Austrittsrichtung des Laserstrahls aus der Lasereinheit variiert werden kann. Bei den Aktoren handelt es sich beispielsweise um

elektromagnetische Aktoren, die dazu ausgebildet sind, die Lasereinheit oder einen Teil der Lasereinheit in X-, Y-, Z- Richtung zu bewegen und/oder um eine der genannten Achsen (X, Y, Z) zu drehen. Vorteilhafterweise werden die Aktoren zum Bewegen der

Lasereinheit oder eines Teils davon durch die Steuereinheit angesteuert . Die Ansteuerung erfolgt insbesondere gemäß generierten Werten für Betriebsparameter zum Betreiben der Lasereinheit. Insbesondere erfolgt die Ansteuerung gemäß generierten Werten für die Position (X, Y, Z) , die

Ausrichtung und die Verstellgeschwindigkeit.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst das Generieren von Werten für die Betriebsparameter sowohl ein Erzeugen der Werte unmittelbar vor oder während der Laserbearbeitung als auch ein einfaches Einlesen von zuvor abgespeicherten Werten. Vorteilhafterweise werden die Werte für die

Betriebsparameter der Lasereinheit unmittelbar vor oder während der Laserbearbeitung ad hoc erzeugt. Es ist

denkbar, dass die Werte für die Betriebsparameter

automatisch von der Steuereinheit erzeugt werden, bspw. auf Grundlage von Sensorsignalen, welche Informationen über den genauen dreidimensionalen Verlauf der Oberfläche liefern.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der

Erfindung werden die Werte für die Betriebsparameter der Lasereinheit unmittelbar vor oder während der eigentlichen Laserbearbeitung dadurch generiert, dass zuvor vor der Laserbearbeitung erzeugte und abgespeicherte Werte für die Betriebsparameter für den jeweiligen speziellen

Anwendungsfall in die Steuereinheit geladen werden.

Vorteilhafterweise werden die Werte für die

Betriebsparameter in Abhängigkeit von Daten des Werkstücks (z.B. Material des Trägerelements und der

Metallisierungsschicht, Dicke des Trägerelements und der Metallisierungsschicht) generiert. Die Daten des Werkstücks werden beispielsweise manuell von einem Benutzer

eingegeben. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es aber auch denkbar, dass die Daten des Werkstücks in Form von elektronisch gespeicherten Werten an die Steuereinheit übergeben werden. Insbesondere werden Daten für

verschiedene Werkstücke gespeichert und die Daten für das zu bearbeitende Werkstück ausgewählt und in die

Steuereinheit geladen, so dass die Lasereinheit auf diese Weise in Abhängigkeit von Daten des Werkstücks betrieben wird . Vorteilhafterweise werden die Werte für die

Betriebsparameter in Abhängigkeit von Informationen über die dreidimensionale Form des Werkstücks und/oder über die Bearbeitungsposition des Werkstücks und/oder Informationen über einen Bereich der abzutragenden Metallisierungsschicht und/oder über Material und/oder Dicke der

Metallisierungsschicht und/oder über Material des

Trägerelements generiert. In Abhängigkeit der nicht

abschließend aufgezählten Informationen über das Werkstück wird die Lasereinheit angepasst an das zu bearbeitende Werkstück betrieben.

In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Bearbeitungsposition, insbesondere eine Position und/oder Ausrichtung des

Werkstücks, mittels eines Sensorelements erfasst und die Werte für die Betriebsparameter in Abhängigkeit von der erfassten Position und/oder Ausrichtung generiert werden. Vorzugsweise wird die Lasereinheit auf diese Weise in

Abhängigkeit von der durch das Sensorelement erfassten Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks betrieben.

Insbesondere kann mit dem Sensorelement erfasst werden, ob sich das Werkstück in der Bearbeitungsposition befindet und für den Fall, dass sich das Werkstück in der

Bearbeitungsposition befindet, die Lasereinheit zum

Aussenden eines Laserstrahls angesteuert werden. Ergänzend kann mit dem Sensorelement beispielsweise ein Abstand des Werkstücks zu der Lasereinheit erfasst werden und die

Leistung der Lasereinheit an den erfassten Abstand zu dem Werkstück angepasst werden. Das Sensorelement umfasst beispielsweise einen optischen Sensor, insbesondere eine Kamera oder eine Lichtschranke, oder einen taktilen Sensor Berührungssensor. Dieser kann bspw. an der

Bearbeitungsposition angeordnet sein und die Position und Ausrichtung des Werkstücks erfassen.

Vorteilhafterweise erfolgt das Ansteuern der Lasereinheit in Abhängigkeit eines auf der Steuereinheit ausführbaren Computerprogramms. Das Computerprogramm ist programmiert, damit die Steuereinheit das erfindungsgemäße Verfahren ausführt bzw. steuert, wenn das Computerprogramm auf der Steuereinheit abgearbeitet wird. Auf diese Weise kann zumindest die eigentliche Laserbearbeitung des Werkstücks im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisiert erfolgen. Ferner ist es denkbar, dass das Generieren von Betriebsparametern automatisiert im Rahmen der Abarbeitung des Computerprogramms erfolgt .

Als eine weitere Lösung der Aufgabe wird eine

Laserbearbeitungsvorrichtung zur Material abtragenden

Laserbearbeitung eines Werkstücks, das ein Trägerelement aus einem Kunststoff mit einer Oberfläche und eine im

Vorfeld der Laserbearbeitung auf die Oberfläche

aufgebrachte Metallisierungsschicht umfasst, vorgeschlagen, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Lasereinheit zum Erzeugen und Aussenden eines Laserstrahls und eine

Steuereinheit zum Ansteuern der Lasereinheit umfasst, und die Laserbearbeitungsvorrichtung Mittel zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Vorteilhafterweise umfasst die Steuereinheit eine Recheneinheit und ein auf der Recheneinheit ausführbares Computerprogramm. Das Computerprogramm ist vorzugsweise programmiert, das Ansteuern der Lasereinheit durch die Steuereinheit zu ermöglichen. Ferner ist das

Computerprogramm vorzugsweise programmiert, einen

automatisierten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermöglichen .

Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, Werte für Betriebsparameter der Lasereinheit zu generieren. Das Generieren der Werte erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von Daten des zu bearbeiteten Werkstücks.

Vorteilhafterweise umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung Aktoren zum Positionieren und/oder Ausrichten und/oder Bewegen der Lasereinheit. Insbesondere ermöglichen die Aktoren ein Bewegen der Lasereinheit in X-, Y- , Z- Richtung und/oder eine Drehung der Lasereinheit um eine der

genannten Achsen (X, Y, Z) .

Vorteilhafterweise umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung mindestens ein Sensorelement zum Erfassen einer Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks. Als noch eine weitere Lösung der Aufgabe wird ein

Computerprogramm vorgeschlagen, das programmiert ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn es auf einer Recheneinheit einer Steuereinheit einer

Laserbearbeitungsvorrichtung zur Material abtragenden

Laserbearbeitung abläuft.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße

Laserbearbeitungsvorrichtung ;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines in der

Laserbearbeitungsvorrichtung aus Figur 1 angeordneten Werkstücks;

Fig. 3 einen schematisch dargestellten Ablauf eines

erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 einen schematisch dargestellten weiteren Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines zur Laserbearbeitung vorgesehenen Werkstücks;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Werkstück, und

Fig. 7 eine Ansicht eines bearbeiteten Werkstücks.

Figur 1 zeigt eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur

Material abtragenden Laserbearbeitung eines Werkstücks. Die Laserbearbeitungsvorrichtung ist in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Die

Laserbearbeitungsvorrichtung 2 umfasst eine Lasereinheit 4 und eine Steuereinheit 6 zum Ansteuern der Lasereinheit 4. Die Lasereinheit 4 ist dazu ausgebildet, einen Laserstrahl zu erzeugen und auszusenden.

Prinzipiell kann die Lasereinheit 4 zum Erzeugen von

Laserstrahlen beispielsweise einen Halbleiter-Laser, Gas- Laser oder Festkörper-Laser umfassen. Vorzugsweise umfasst sie einen Festkörper-Laser. Der Festkörper-Laser ist nicht separat dargestellt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Festkörper-Laser um einen Faserlaser.

Bei einem Faserlaser wird Laserstrahlung durch eine Faser mit einem dotierten Faserkern geleitet und an einem

Resonator verstärkt. Faserlaser werden im Allgemeinen optisch gepumpt, indem parallel zum Faserkern in dessen Mantel oder in den Faserkern selbst Strahlung von Lasern, insbesondere Diodenlasern, eingekoppelt wird. Bekannte Dotierungselemente für den laseraktiven Faserkern sind Erbium, Ytterbium und Neodym. Nach Austritt aus der aktiven Faser gelangt der Laserstrahl meist in eine Glasfaser oder in ein eine solche enthaltendes Lichtleitkabel, wobei die Glasfaser die Strahlung zum Beispiel zu einem optischen Element zum Fokussieren des Laserstrahls leitet.

Das optische Element ist in der vorliegenden Erfindung ebenfalls nicht dargestellt, es ist vorzugsweise jedoch in der Lasereinheit 4 angeordnet. Bei dem optischen Element handelt es sich beispielsweise um eine Linse. Gemäß der dargestellten Ausführungsform tritt also aus der

Lasereinheit 4 ein gebündelter Laserstrahl aus.

In einem Arbeitsbereich 8 der Lasereinheit 4 ist ein

Werkstück 10 in einer Bearbeitungsposition 12 angeordnet. Das Werkstück 10 kann beispielsweise manuell in der

Bearbeitungsposition 12 angeordnet werden. Im Rahmen eines automatisierten Ablaufs des Verfahrens, ist es aber auch denkbar, das Werkstück 10 mittels eines Pick-and-Place- Roboters in die Bearbeitungsposition 12 zu bewegen und dort in einer gewünschten Position und Ausrichtung abzulegen.

Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu bearbeitende Werkstück 10 ist in Figur 5 im Schnitt gezeigt und umfasst ein Trägerelement 14 aus einem transparenten Kunststoff mit einer Oberfläche 16 und eine auf die Oberfläche 16 aufgebrachte Metallisierungsschicht 18. Das Trägerelement 14 könnte aber auch aus deinem nicht transparenten

Kunststoff bestehen. Im Rahmen der Erfindung soll die

Metallisierungsschicht in relativ großflächigen Bereichen mittels Laserbearbeitung von dem Werkstück 10 abgetragen werden. Dabei soll eine Beschädigung oder Beeinträchtigung der Transparenz des Trägerelements 14 verhindert werden. Zudem weist das Werkstück 10 zumindest im Bereich der zu bearbeitenden Oberfläche 16 eine relativ komplexe

dreidimensionale Form auf. Das an der Bearbeitungsposition 12 angeordnete Werkstück 10 wird mit einem von der

Lasereinheit 4 erzeugten und ausgesandten Laserstrahl 20 beaufschlagt. Der Bereich des Laserstrahls, der mit der Metallisierungsschicht 18 versehenen Oberfläche 16, auf den der Laserstrahl 20 trifft, wird als Bearbeitungspunkt 22 bezeichnet. An dem Bearbeitungspunkt 22 wird aufgrund von einer durch die Energie des Laserstrahls 20 hervorgerufene Wärmeentwicklung lokal Material der Metallisierungsschicht 18 des Werkstücks 10 abgetragen. Insbesondere wird die Metallisierungsschicht 18 in dem Bearbeitungspunkt 22 schlagartig erhitzt, so dass das Material der

Metallisierungsschicht 18 in dem Bearbeitungspunkt 22 verdampft . Um in einem gewünschten großflächigen Bereich der

Metallisierungsschicht 18 Material abzutragen, wird der Bearbeitungspunkt 22 entlang einer Arbeitsbahn 24 bewegt (vgl. Figur 2) . Der Bearbeitungspunkt 22 wird bewegt, indem ein Auftreffpunkt des Laserstrahls 20 auf die Oberfläche 16 bewegt wird. Zu diesem Zweck umfasst die

Laserbearbeitungsvorrichtung 2 vorzugsweise Aktoren 26, mittels derer die Lasereinheit 4 ausgerichtet und/oder bewegt wird. Die Lasereinheit wird insbesondere in X-, Y-, oder Z-Richtung linear bewegt. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Lasereinheit um eine der genannten Achsen (X, Y, Z) gedreht wird.

Die Aktoren 26 werden durch die Steuereinheit 6

angesteuert. Dies ist durch die gestrichelte Linie 28 kenntlich gemacht. Die Ansteuerung kann beispielsweise über eine oder mehrere Datenleitungen (nicht gezeigt) oder eine Funkverbindung zwischen der Steuereinheit 6 und den Aktoren 26 erfolgen. Durch Ansteuerung der Aktoren 26 mit

geeigneten AnSteuerbefehlen oder -Signalen durch die

Steuereinheit 6, wird die Lasereinheit 4 derart

ausgerichtet und bewegt, dass der Laserstrahl 20 und damit auch der Bearbeitungspunkt 22 entlang der gewünschten

Arbeitsbahn 24 bewegt wird.

Dabei ist es denkbar, dass sowohl die gesamte Lasereinheit 4 oder nur ein Teil der Lasereinheit 4 ausgerichtet und bewegt wird. Wird nur ein Teil der Lasereinheit 4 bewegt, umfasst die Lasereinheit beispielsweise geeignete

Umlenkmittel (bspw. verstellbare Umlenkspiegel) , so dass die Austrittsrichtung des Laserstrahls aus der Lasereinheit variiert werden kann. Die Umlenkmittel können mittels der

Aktoren 26 ausgerichtet und/oder bewegt werden. Ein Bewegen und/oder Ausrichten der Umlenkmittel kann insbesondere eine lineare Bewegung in X-, Y- , oder Z-Richtung umfassen.

Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die

Umlenkmittel um eine der genannten Achsen (X, Y, Z) gedreht werden .

Ferner wird im Rahmen der Laserbearbeitung die Lasereinheit 4 durch die Steuereinheit 6 angesteuert, so dass sie einen gewünschten Laserstrahl 20 aussendet. Insbesondere kann durch geeignete Ansteuerung die Leistung, Pulsdauer und Pulsfrequenz des Laserstrahls 20 vorgegeben werden. Diese Ansteuerung der Lasereinheit 4 durch die Steuereinheit 6 ist in der Figur 1 durch die gestrichelte Linie 30

kenntlich gemacht. Die Verbindung zwischen Steuereinheit 6 und Lasereinheit 4 kann beispielsweise mittels einer oder mehrerer Datenleitungen (nicht gezeigt) oder einer

Funkverbindung (nicht gezeigt) realisiert sein. Zu diesem Zweck werden im Rahmen der Ansteuerung der

Aktoren 26 und der Lasereinheit 4 durch die Steuereinheit 6 Ansteuersignale an die Aktoren 26 und Lasereinheit 4 übertragen. Diese Signale sind insbesondere von Werten für Betriebsparameter zum Betreiben der Lasereinheit abhängig. Die Betriebsparameter umfassen beispielsweise eine Position (X, Y, Z) , einen Drehwinkel, eine Geschwindigkeit, mit der der Bearbeitungspunkt 22 über die Oberfläche 16 entlang der Arbeitsbahn 24 bewegt wird, eine Pulsdauer, eine

Pulsfrequenz und/oder eine Leistung der Lasereinheit.

Die Werte für die Betriebsparameter können beispielsweise von der Steuereinheit 6 selbst generiert werden, in dem der Steuereinheit Daten des Werkstücks 10 übergeben werden und die Steuereinheit auf eine Datenbank zugreift, in der den Daten zugeordnete Betriebsparameter abgespeichert sind. Die Daten des Werkstücks 10, die an die Steuereinheit 6

übergeben werden, umfassen beispielsweise Informationen über das zu bearbeitende Werkstück 10 (Form des Werkstücks 10, beispielsweise als Daten aus einem CAD-Modell, Material und/oder Dicke der Metallisierungsschicht 18, Material des Trägerelements 14), Informationen über die

Bearbeitungsposition 12 des Werkstücks 10, Informationen über einen Bereich der abzutragenden

Metallisierungsschicht. Die Steuereinheit 6 ist

beispielsweise mit einer Bedieneinheit (nicht dargestellt) verbunden. Über die Bedieneinheit können diese Daten durch einen Benutzer eingegeben werden. Alternativ oder

zusätzlich können diese Daten über eine elektronische

Speicherschnittstelle an die Steuereinheit übergeben werden. Ferner können die Werte für die Betriebsparameter an die Steuereinheit 6 übergeben werden, bspw. durch Laden von bereits vor der eigentlichen Laserbearbeitung erzeugten und abgespeicherten Werten. Insbesondere kann zu jedem zu bearbeiteten Werkstück 10 ein Satz von Betriebsparameter erzeugt und an die Steuereinheit 6 übergeben werden. Die Betriebsparameter werden beispielsweise mittels einer Recheneinheit basierend auf Daten über das zu bearbeitende Werkstück (Form des Werkstücks 10, Material und/oder Dicke der Metallisierungsschicht 18, Material des Trägerelements 14, Informationen über die Bearbeitungsposition 12 des Werkstücks 10, Informationen über einen Bereich der abzutragenden Metallisierungsschicht) erzeugt. Es ist auch denkbar, dass die Betriebsparameter basierend auf

Fachwissen und Erfahrungswerten im Bereich der

Laserbearbeitung erzeugt werden. Das Übergeben der

Betriebsparameter erfolgt beispielsweise über eine

Bedieneinheit oder über eine elektronische

Speicherschnittstelle .

Gemäß dem im Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 ein

Sensorelement 32. Das Sensorelement 32 ist beispielsweise dazu ausgebildet, eine Position und/oder eine Ausrichtung des im Arbeitsbereich 8 angeordneten Werkstücks 10 zu erfassen. Das Sensorelement 32 ist beispielsweise ein

Kontakt- oder Berührungssensor oder eine Kamera. Ein

Berührungssensor könnte in der Bearbeitungsposition 12 angeordnet sein und die Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks 10 im Arbeitsbereich 8 erfassen. Eine Kamera könnte bspw. in einem Abstand zu und oberhalb des

Arbeitsbereichs 8 angeordnet sein und das Werkstück 10 optisch erfassen. Durch Auswerten der Kamerasignale kann die Position und/oder Ausrichtung des Werkstücks 10 ermittelt werden. Mit dem Sensorelement 32 kann dann vorzugsweise erfasst werden, ob und wie das Werkstück 10 an der Bearbeitungsposition 12 angeordnet und ausgerichtet ist. Das Sensorelement 32 erfasst Daten über die Position und/oder die Ausrichtung des Werkstücks 10 und überträgt diese an die Steuereinheit 6. Die Datenübertragung zwischen Sensorelement 32 und Steuereinheit 6 ist mit einer

gestrichelten Linie 34 dargestellt.

Die Steuereinheit 6 umfasst eine Recheneinheit 36 und ein Speicherelement 37, auf dem ein Computerprogramm 38 abgespeichert ist, das auf der Recheneinheit 36 ausführbar ist. Das Ansteuern der Lasereinheit 4 und der Aktoren 26 erfolgt in Abhängigkeit des Computerprogramms 38. Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die zu bearbeitende

Oberfläche 16 des Werkstücks 10. Auf der Oberfläche 16 ist die Metallisierungsschicht 18 aufgebracht. Beispielhaft ist der Bearbeitungspunkt 22 eingezeichnet, in dem der

Laserstrahl 20 zunächst auf das Werkstück 10 trifft, nachdem das Werkstück 10 in der Bearbeitungsposition 12 angeordnet wurde. Ferner ist beispielhaft ein Bereich 40 auf der Oberfläche 16 des Werkstücks 10 eingezeichnet, in welchem die Metallisierungsschicht 18 bereits abgetragen wurde. Zusätzlich soll nun in einem Bereich 40' auf der Oberfläche 16 des Werkstücks 10 die Metallisierungsschicht 18 abgetragen werden. Wie bereits beschrieben, wird der Bearbeitungspunkt 22 entlang der Arbeitsbahn 24 bewegt. Um großflächig Material der Metallisierungsschicht 18

abzutragen, wird der Bearbeitungspunkt 22 entlang mehrerer nebeneinander liegender Arbeitsbahnen 24, 24 ' , 24 ' ' , 24 ' ' ' bewegt. Die Arbeitsbahnen 24, 24', 24 ' ' , 24 ' ' ' liegen so dicht nebeneinander, dass ein Bearbeitungspunkt 22' des Laserstrahls 20 auf einer ersten Arbeitsbahn 24' an den Bearbeitungspunkt 22 des Laserstrahls auf der benachbarten Arbeitsbahn 24 angrenzt oder diesen teilweise überlagert. Die Arbeitsbahnen 24, 24', 24 ' ' , 24 ' ' ' werden so gewählt, dass ein gewünschter Bereich 40, 40' der

Metallisierungsschicht 18 großflächig abgetragen wird. Der Laserstrahl 20 wird entlang der Arbeitsbahnen 24, 24', 24 ' ' , 24 ' ' ' bewegt, indem die Werte für die

Betriebsparameter zum Betreiben der Lasereinheit und

Ansteuersignale zum Ansteuern der Aktoren in Abhängigkeit von den Werten der Betriebsparameter generiert werden. Die Figuren 3 und 4 stellen jeweils ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur materialabtragenden

Laserbearbeitung schematisch dar. Gemäß Figur 3 wird in einem ersten Schritt 50 das Werkstück 10 an einer

Bearbeitungsposition 12 in einem Bearbeitungsbereich 8 der Lasereinheit 4 angeordnet. In einem zweiten Schritt 52 werden Werte für Betriebsparameter zum Betreiben der

Lasereinheit generiert.

In einem dritten Schritt 54 wird durch die Lasereinheit 4 ein Laserstrahl 20 in Abhängigkeit von der im zweiten

Schritt 52 generierten Werte für die Betriebsparameter erzeugt und ausgesendet. In einem vierten Schritt 56 wird das an der Bearbeitungsposition 12 angeordnete Werkstück 10 in einem Bearbeitungspunkt 22 mit dem ausgesandten

Laserstrahl 20 beaufschlagt. Diese Beaufschlagung bewirkt eine lokale Materialabtragung in dem Bearbeitungspunkt 22. In einem fünften Schritt 58 wird der Laserstrahl 20 und damit auch der Bearbeitungspunkt 22 gemäß der generierten Werte entlang der Arbeitsbahnen 24, 24', 24 ' ' und 24 ' ' ' bewegt, so dass ein gewünschter Bereich 40' der

Metallisierungsschicht 18 großflächig abgetragen wird.

Hierbei ist anzumerken, dass insbesondere die Schritte 54 bis 58 zeitlich nacheinander oder zeitgleich ausgeführt werden können. Ferner kann der Schritt 52, welcher das Generieren von Werten für Betriebsparameter zum Betreiben der Lasereinheit umfasst, bereits vor oder zeitgleich mit dem ersten Schritt 50, welcher das Anordnen des Werkstücks 10 an der Bearbeitungsposition 12, ausgeführt werden.

In Figur 4 ist beispielhaft ein Ablauf des

erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei dem nach dem Schritt 50, welcher das Anordnen des Werkstücks 10 in der Bearbeitungsposition 12 umfasst, in einem Schritt 60, die Position und Ausrichtung des Werkstücks 10 erfasst wird. Basierend auf der erfassten Position und Ausrichtung des Werkstücks 10 durch das Sensorelement 32, werden dann in einem Schritt 62 Werte für Betriebsparameter zum Betreiben der Lasereinheit und Ansteuersignale zum Ansteuern der Aktoren in Abhängigkeit von den Werten der

Betriebsparameter generiert. Anschließend werden die bereits genannten Schritte 54, 56, 58 ausgeführt.

Figur 5 zeigt eine Schnittansicht durch ein Beispiel für das im Rahmen der Erfindung zu bearbeitende Werkstück 10.

Das Werkstück 10 umfasst das Trägerelement 14 aus einem transparenten Kunststoff mit der Oberfläche 16 und die auf die Oberfläche 16 aufgebrachte Metallisierungsschicht 18.

Beispielhaft sind Bereiche 40' eingezeichnet, in denen die Metallisierungsschicht 18 entfernt werden soll. In Figur 5 ist die komplexe dreidimensionale Struktur des Werkstücks

10 deutlich zu erkennen.

Figur 6 zeigt ein anderes Beispiel für ein Werkstück 10 in seiner Gesamtheit. Auch hier ist die dreidimensionale Form gut zu erkennen. Figur 7 zeigt einen Ausschnitt des

Werkstücks 10 aus Figur 6, bei dem in Bereichen 40 die auf der Oberfläche 16 des Werkstücks aufgetragen

Metallisierungsschicht 18 entfernt wurde. Das Werkstück 10 in Figur 7 ist durch eine Lichtquelle hinterleuchtet. Es ist gut zu erkennen, dass Bereiche der Oberfläche 16, wo die Metallisierungsschicht 18 noch vorhanden ist, dunkel erscheinen. Demgegenüber erscheinen die Bereiche 40, wo die Metallisierungsschicht 18 nach dem erfindungsgemäßen

Verfahren großflächig abgetragen wurde, hell leuchtend.