[发明专利]材料去除装置

说明书

本申请是申请号为02812002.7发明名称为“材料去除装置”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用激光照射来去除材料的装置。

背景技术

采用激光束对准物体表面来去除物体表面材料的方法和装置已为人们所熟知。其中有些方法和装置是用激光束对表面进行扫描，对材料进行限定的去除，并有目的地改变物体的几何尺寸。

这种方法的关键是，激光能量施加到去除部位时不能对去除区域、特别是对于对温度敏感的软材料造成严重的热损害。具有特殊意义的是：如果要去除的材料湿度很大，而且应该防止材料由于得到能量而变得干燥，以避免材料性能及材料去除条件、诸如去除速度等在去除过程期间产生不希望的变化。

这种情况的例子是，为了用隐形眼镜来矫正人眼的视力，需要加大或减小人工隐形眼镜表面的曲率。但是，在加工死的或活的生物组织，诸如软骨、牙齿硬组织或在眼角膜成型(照相折射角膜切除术)的眼外科手术中，不仅要仔细成型，而且还要保持剩余材料的性能。

在上述应用时，保持材料去除期间去除部位处环境的空气调节条件不变，对于规定材料的去除具有特殊的意义，其中主要取决于材料表面及其周围的温度和湿度。

对于所规定的材料的去除，另外具有意义的还有加到材料处的能量的连续性。因为照射在发射光源和去除部位之间路径上的激光，横穿过自由的大气空间或必要的保护气体，因此在材料去除时产生的废物，诸如烟尘或材料颗粒可能有损于去除部位邻近区域的大气。由于它们横穿过激光束，还能够对激光照射的强度产生不可预知的减弱。

由US 5,344,418可知一种装置，在材料去除设备所产生的激光束的出口附近设置流动通道。在材料去除期间，气体流或空气流从流动通道朝向去除部位流出，以此达到吹跑去除部位烟尘和材料颗粒的目的。但是此时的缺点是，由于气体流和空气流吹涂去除部位处的材料表面，这不仅使表面上已有的湿润薄膜遭到破坏，使其丧失了保护作用，而且还特别使具有保湿、强吸湿作用材料的内部变得不允许的干燥，去除时材料中的水化作用状态也受到不利的影响。

US 5,181,916描述的设备不是吹掉诸如烟尘或材料颗粒等杂质，而是借助于气体流将其吸掉。为此目的而围绕设备的出口同心地设置了一个吸入口，激光束由该设备出来射向去除部位。但是在去除部位上方流动的气体不仅带走了此处材料表面的湿度，而且还至少使去除部位附近的材料变得干燥。

DE 10020522A1描述了在去除生物组织时吸走废料的装置。此处激光束通过一个管形通道对准所述组织，并将废料吸入通道中。在通道内部产生一个与激光照射方向相反的空气流。此处吸走的空气不是来自去除部位的环境，而是从位于通道出口附近的进气口流入。这就使得材料表面不受空气流的吹涂，从而避免了干燥。此外，空气流从激光束经过的通道中心沿径向向外对齐，因此使烟尘和材料颗粒远离中心，从而也远离了激光束，这样就防止这些杂质对激光照射强度产生不利的影响。

但是，这里采用的方法还不能保证用激光能量进行材料去除，特别是进行表面精加工时主要摆脱环境的影响。尽管采取了前面列举的措施，但是去除条件总还是受到去除过程中去除部位温度和湿度变化的影响。为了能够使材料去除具有较高的成型精度，始终需要减少这些影响。

发明内容

由此出发本发明任务的任务是，遵守或改善已公开的措施，避免激光束横截面的的污染，在整个去除过程时间内保持去除部位的空气调节环境条件不发生变化。

按照本发明开头所述的一种方法，借助于一种在去除过程期间、经由去除部位上方、按预先规定方向流动的气体，使去除部位和/或其邻近区域的温度和/或湿度基本保持不变。此时，气体具有规定的温度、规定的湿度和/或规定的流动速度。

本发明的第一个实施方案是，在整个去除过程期间空气流以不变的温度、不变的湿度和不变的流动速度在去除部位上方流过。

因此，在利用空气作为传输介质的情况下，在对准去除部位的空气的相应预选的温度低于去除部位的额定温度时，过剩的热量将被带走。相反，如果对准去除部位的空气具有较高的相对湿度，则将保证湿度的引入，并防止材料表面和内部变干燥。例如空气流可在流速约为0.5米/秒的情况下，以37°的温度和100％的相对湿度对准去除部位。

依据待去除材料的性能，空气流在去除部位上方流过的最佳范围是：温度在20℃～30℃的范围内，相对湿度在0～100％范围内，流动速度在1米/秒～10米/秒的范围内。常见的有利变型是，在去除部位上方流过的空气温度为-8℃，相对湿度为80％，流速约为3米/秒。