[发明专利]用于将工件制造成产品的方法和设备

说明书

本发明涉及用于将工件(101)、尤其是金刚石原石制造成产品(102)、尤其是多面型钻石的方法和设备。该方法由提供耦合到加压的流体射流(104)中的激光束(103)的设备执行。该方法包括使用所述激光束(103)根据预定的切割序列对所述工件(101)执行多个切割以通过每个完成的切割去除工件(101)材料。该方法还包括根据预定的旋转序列(107)执行所述工件(101)围绕同一旋转轴线(106)的多个旋转。由此，在完成的切割后执行旋转，以及，为了执行切割，所述激光束(103)沿二维路径(108)移动。

技术领域

本发明涉及一种用于将工件、尤其是金刚石原石或其他超硬材料制造成产品、尤其是多面型钻石(brilliant)或其他刻面宝石的方法和设备。该方法使用该设备，并且该设备配置成提供耦合到加压的流体射流中的激光束。激光束用于多次切割工件以使产品成形。该产品可以由工件全自动制造。

背景技术

将由超硬材料(如由金刚石(天然的)和/或人造金刚石)制成的工件成形为具有所需复杂形状的产品是非常具有挑战性的。特别是需要高成形准确度时。例如，金刚石(原石)通常被制造成复杂的形状，包括“圆形”、“多面形”、“绿柱形(emerald)”、“梨形”或“公主形(princess)”。这些复杂的形状具有多个刻面，这些刻面必须以非常高的准确度进行切割。

例如，将金刚石原石制造成多面型钻石(或任何其他刻面宝石)的传统方法包括切割(例如劈开、锯切和/或打磨)和抛光。尤其是切割和抛光往往是手工进行的。因此，通常最初产生第一组刻面，随后检查这些刻面并与初始规划进行比较。之后，可以修正该第一组刻面，并且可能必须执行重新规划。接下来，产生第二组刻面，其中同样检查并可选地修正所产生的刻面。很容易理解，这样一个完整的制造过程(例如使金刚石原石成形为具有其所有刻面的多面型钻石的过程)是非常耗时的。此外，必须经常检查刻面的质量。

当然，也考虑通过使用传统的机器切割和抛光技术来支持上述过程。例如，已经提出了特殊的锯或激光工具用于例如使金刚石成形为刻面的。然而，即使使用这样的机器技术，也不可能在完全没有人工干预、且没有任何中间检查和可能的产品重新规划的情况下使金刚石成形为宝石。因此，即使采用这种机器技术，总的处理时间仍然太长。

因此，本发明的实施方式旨在改进将工件、特别是如金刚石的超硬工件制造成产品、特别是如多面型钻石的刻面宝石的常规方法。一个目的特别是提供一种方法和设备，其能够由工件全自动地制造产品而无需任何人工交互。完成产品的总处理时间应当显著减少。此外，产品应当以非常高的精度制造。在成形过程期间应当不需要对产品进行中间检查和/或重新规划。

对于所有种类的材料，特别是也对于新合金材料，以及对于硬性和/或脆性材料，都应当能够尤其实现上述目标。然而，本发明的实施方式的主要焦点是将金刚石自动成形为多面型钻石或其他刻面宝石。在这方面，目前还没有全自动过程的解决方案。

发明内容

该目的通过所附独立权利要求中呈现的实施方式来实现。这些实施方式的有利实现方式在从属权利要求中限定。

特别地，本发明的实施方式总体上基于使用设备以用于实现方法，其中该设备提供通过内反射在流体射流中被引导的激光束。这种流体射流引导的激光束可以以非常高的精度有效地切割工件，甚至是如金刚石的超硬工件材料。该方法进一步基于使用激光束从工件连续切块的方案，即从工件上切下一定体积的材料，并旋转工件，以形成所需的复杂形状的产品。例如，工件的总体积可以为1mm³至20000mm³。

根据本发明实施方式的这种方法、即使用提供流体射流引导的激光束的设备的方法的特别挑战是确保该设备在没有人工交互的情况下快速且全自动地工作。这需要执行非常精确的切割，此外还需要快速且准确地确定切割是否已完成以及何时完成。另一个挑战是找到一种例如用于多面型钻石的切割策略，以确定以何种顺序切割哪些刻面以及在哪个切割角度下切割，从而同时确保切割的高表面质量、有效的处理时间和持续且稳定的切割。特别是，还需要考虑流体射流的存在。