Aparato de marcado con al menos un láser de gas y un termodisipador.

Un aparato de marcado para marcar un objeto con luz láser,

que comprende al menos un láser

(10) de gas para emitir al menos un haz de rayos láser para marcar el objeto,

en el que el al menos un láser (10) de gas comprende una pluralidad de tubos (12) de resonancia para recibir un gas láser,

en el que se proporciona una pluralidad de termodisipadores (20) para disipar el calor de los tubos (12) de resonancia, en el que cada tubo (12) de resonancia está conectado térmicamente a uno de los termodisipadores (20),

caracterizado porque

cada termodisipador (20) comprende microcanales para recibir un fluido de refrigeración, siendo la dimensión menor de los microcanales inferior a 2 milímetros, y al menos una pared de cada microcanal tiene perturbaciones, en particular protuberancias, de forma que el fluido de refrigeración exhiba un flujo de tipo turbulento.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11007187.

Solicitante: ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie Gesellschaft mit beschränkter Haftung.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: An der Trave 27-31 23923 Selmsdorf ALEMANIA.

Inventor/es: RYAN, DANIEL, J., ARMBRUSTER,KEVIN L, GILMARTIN,BRAD D, KUECKENDAHL,PETER J, RICHARD,BERNARD J.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte... > B23K26/36 (Retirada de material (B23K 26/55, B23K 26/57 tienen prioridad))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > B23K26/00 (Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte o taladrado)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte... > B23K26/06 (Determinación de la configuración del haz de rayos, p. ej. con ayuda de máscaras o de focos múltiples)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN LA EMISION ESTIMULADA > Láser, es decir, dispositivos para la producción,... > H01S3/07 (consistentes en una pluralidad de partes, p. ej. segmentos (H01S 3/067 tiene prioridad))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN LA EMISION ESTIMULADA > Láser, es decir, dispositivos para la producción,... > H01S3/041 (para láser de gas)

PDF original: ES-2544034_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Aparato de marcado con al menos un láser de gas y un termodisipador La presente invención versa acerca de un aparato de marcado para marcar un objeto con luz láser según el preámbulo de la reivindicación 1.

Un aparato genérico de marcado para marcar un objeto con luz láser comprende al menos un láser de gas para emitir al menos un haz de rayos láser para marcar el objeto.

La generación de la luz láser produce calor en el láser de gas que debe ser disipado.

Por lo tanto, un aparato convencional de marcado comprende un dispositivo de refrigeración que está alojado normalmente en la misma carcasa que los láseres de gas y muchos otros componentes del aparato de marcado. Los dispositivos de refrigeración conocidos ocupan bastante espacio y hacen que el aparato sea bastante inmóvil, lo que limita el campo de aplicación.

Los aparatos convencionales de marcado constituyen un término medio entre el poder refrigerador y la flexibilidad. Por ejemplo, los mecanismos sencillos y compactos de refrigeración que están restringidos a un ventilador y a aletas de refrigeración pueden permitir un uso flexible del aparato. Sin embargo, esto se consigue a costa del poder refrigerador.

El documento JP 63094695, en el que está basado el preámbulo de la reivindicación 1, da a conocer un láser de gas con una disposición rectangular de tubos de láser. Para refrigerar los tubos de láser, se disponen tuberías metálicas que contienen un fluido de refrigeración junto a los tubos de láser.

En el documento US 3.705.999 se describe otro láser de gas. El láser comprende una pluralidad de canales de refrigeración próximos a un tubo de láser.

La materia objeto del documento US 4.500.998 es un láser de gas en el que se coloca una tubería de refrigeración en el interior de la tubería que transporta el gas de láser para producir luz láser.

En el documento US 5.982.803 se describe un láser de placa de gas. El láser puede ser refrigerado por medio de canales de refrigeración por agua con forma de meandro. De forma alternativa, se pueden proporcionar un disipador térmico dotado de aletas y un ventilador para una refrigeración por aire.

La materia objeto del documento JP 05129678 es un dispositivo de marcado con láser, habiendo dispuestos pasos de agua de refrigeración junto a espacios de descarga de gas láser.

En el documento US 5.115.446 A se da a conocer una estructura de transporte para componentes de un láser de gas que tiene como resultado una disposición horizontal del tubo de resonancia.

Un objeto de la invención es proporcionar un aparato de marcado que exhiba una refrigeración particularmente eficaz, mientras que, al mismo tiempo, los requerimientos de espacio sean moderados.

Este objetivo se soluciona con un aparato de marcado que tiene las características de la reivindicación 1.

Las realizaciones preferentes son dadas en las reivindicaciones dependientes al igual que en la siguiente descripción, en particular en conexión con las figuras adjuntas.

Según la invención, el aparato de marcado del tipo mencionado anteriormente se caracteriza porque el al menos un láser de gas comprende una pluralidad de tubos de resonancia para recibir un gas láser, se proporciona una pluralidad de disipadores térmicos para disipar calor de los tubos de resonancia, conectado térmicamente cada tubo de resonancia a uno de los disipadores térmicos, y cada disipador térmico comprende microcanales para recibir un fluido de refrigeración.

Se puede considerar una idea básica de la invención el empleo de un fluido de refrigeración para absorber calor producido por el láser de gas y para alejar el calor del láser de gas. La provisión de microcanales da lugar a una transferencia particularmente eficaz de calor desde las paredes de los microcanales hasta el fluido de refrigeración recibido en los mismos. De forma ventajosa, el fluido de refrigeración permite el transporte del calor muy alejado del láser de gas. Un intercambiador de calor para transferir calor desde el fluido de refrigeración a un entorno no calienta, de esta manera, el entorno inmediato del láser de gas, lo que perjudicaría la eficacia de refrigeración.

Los microcanales son conocidos, en general, como canales que tienen una relación elevada de aspecto, que es la relación entre la altura y la anchura. Pueden tener un diámetro hidráulico de aproximadamente 1 mm. En general, y según la presente invención, cualquier canal con la dimensión menor inferior a 2 mm debe ser entendido como un microcanal. En particular, la dimensión menor puede ser inferior a 1 mm.

Los dispositivos de refrigeración de microcanales son utilizados más habitualmente en aplicaciones en las que existe una densidad térmica elevada. Es decir, una fuente de calor muy localizado. Por lo tanto, los dispositivos de refrigeración de microcanales se encuentran en ordenadores para refrigerar los procesadores o CPU, por ejemplo. Se puede fabricar un gran número de tales canales en el entorno de la fuente de calor localizado. La eficacia elevada de extracción térmica de estos dispositivos es debida, por lo tanto, al área superficial relativamente elevada para que el refrigerante elimine el calor.

Sin embargo, el diámetro hidráulico reducido da lugar, más bien, a que el flujo a través del dispositivo sea completamente formado o laminar. Se requeriría una bomba excesivamente grande para generar suficiente velocidad de flujo para generar un flujo turbulento en un canal tan pequeño. En aplicaciones típicas de microcanales en las que la longitud de los canales es corta, la ligera mejora en eficacia de refrigeración no justifica el uso de bombas potentes.

El diseño convencional de láser de CO2 es grande y el calor se distribuye en un área superficial grande. Tal diseño no contribuye a una refrigeración por microcanales y no se encuentran tales medios de refrigeración en láseres convencionales de CO2.

Sin embargo, con el diseño novedoso para un láser de CO2 de la invención, la densidad térmica producida es suficientemente elevada que se puede aplicar un refrigeración por microcanales. También es deseable mantener el resto del sistema de refrigeración tan pequeño como sea posible.

El fluido de refrigeración puede ser, en general, cualquier fluido, es decir, gas o líquido. Se puede emplear agua, o un líquido con una capacidad térmica específica superior a la del agua, como un fluido de refrigeración. Preferentemente, el fluido de refrigeración es adecuado para el principio de un climatizador convencional de aire, eso significa que la temperatura de evaporación del fluido de refrigeración se encuentre por debajo de una temperatura de trabajo de los láseres de gas. El calor de los tubos de resonancia sería suficiente entonces para evaporar el fluido de refrigeración en el interior de los microcanales, lo que tendría como resultado una refrigeración particularmente bueno de los tubos de resonancia. Un ejemplo de tal fluido de refrigeración comprende hidrofluorocarbonos (HFC) .

Los disipadores térmicos que comprenden los microcanales también pueden ser denominados captadores térmicos, dado que reciben o absorben el calor de los tubos de resonancia. Un material de los disipadores térmicos puede ser cualquier sustrato adecuado para la fabricación de microcanales en los mismos. Preferentemente, se escoge el material del disipador térmico de forma que su coeficiente de dilatación térmica coincida con el de los tubos de resonancia. Esto garantiza un buen contacto térmico con independencia de la temperatura de los tubos de resonancia que han de ser refrigerados. La conexión térmica entre los tubos de resonancia y el disipador térmico puede conseguirse mediante... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato de marcado para marcar un objeto con luz láser, que comprende al menos un láser (10) de gas para emitir al menos un haz de rayos láser para marcar el objeto, en el que el al menos un láser (10) de gas comprende una pluralidad de tubos (12) de resonancia para recibir un gas láser, en el que se proporciona una pluralidad de termodisipadores (20) para disipar el calor de los tubos (12) de resonancia, en el que cada tubo (12) de resonancia está conectado térmicamente a uno de los termodisipadores (20) , caracterizado porque cada termodisipador (20) comprende microcanales para recibir un fluido de refrigeración, siendo la dimensión menor de los microcanales inferior a 2 milímetros, y al menos una pared de cada microcanal tiene perturbaciones, en particular protuberancias, de forma que el fluido de refrigeración exhiba un flujo de tipo turbulento.

2. Un aparato de marcado según la reivindicación 1, caracterizado porque los microcanales de cada uno de los termodisipadores (30) se extienden sustancialmente a lo largo de toda la longitud del tubo respectivo (12) de resonancia.

3. Un aparato de marcado según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque se proporciona un electrodo (20) para cada tubo (12) de resonancia para excitar el gas láser recibido en el tubo respectivo (12) de resonancia, y cada termodisipador (30) está formado como un cuerpo base que acomoda los microcanales de ese termodisipador (30) y al menos uno de los electrodos (20) .

4. Un aparato de marcado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se proporciona un conector (40) , en particular un enchufe (40) , para conectar un cable umbilical (50) para conducir el fluido de refrigeración hacia el aparato (100) de marcado, y alejarlo del mismo.

5. Un aparato de marcado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los tubos (12) de resonancia de cada láser (10) de gas rodean al menos parcialmente un área interna (5) , y hay dispuestos elementos ópticos (7) y/o electrónica en el área interna (5) .

6. Un aparato de marcado según la reivindicación 5, caracterizado porque el aparato comprende, además -medios (19) de suministro de haces para dirigir los haces de rayos láser hacia el área interna (5) y -medios (8) de deflexión para dirigir los haces de rayos láser en la dirección del objeto que ha de ser marcado, y los medios (8) de deflexión están dispuestos en el área interna (5) .

7. Un aparato de marcado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se proporciona una pluralidad de láseres (10) de gas que incluye el al menos un láser (10) de gas, se proporciona una unidad (25) de control para activar individualmente cada uno de los láseres (10) de gas para emitir un haz de rayos láser según una señal que ha de ser marcada, 45 cada uno de los láseres (10) de gas comprende una pluralidad de tubos (12) de resonancia que rodean al menos parcialmente un área interna (5) , y los láseres (10) de gas están apilados uno encima de otro, de forma que cada tubo (12) de resonancia de uno de los láseres (10) de gas esté alineado en paralelo con uno de los tubos (12) de resonancia de otro láser (10) de gas.

8. Un aparato de marcado según la reivindicación 7, caracterizado porque los tubos (12) de resonancia que están apilados y alineados en paralelo entre sí comparten un termodisipador (30) de entre la pluralidad de termodisipadores (30) , termodisipador (30) que está conectado térmicamente a todos los referidos tubos (12) de resonancia que están apilados y alineados en paralelo. 55

9. Un aparato de marcado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque

los tubos (12) de resonancia de cada láser (10) de gas están dispuestos en forma de U o en forma de un triángulo, de un rectángulo, de un cuadrado o de un círculo abierto o cerrado.

10. Un aparato de marcado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque cada láser (10) de gas comprende elementos (16) de conexión que conectan los tubos adyacentes (12) de resonancia del láser respectivo (10) de gas para formar un espacio tubular común, cada uno de los elementos (16) de conexión de los láseres (10) de gas comprende una cavidad interna que se encuentra en comunicación fluídica con los al menos dos tubos adyacentes (12) de resonancia conectados al elemento (16) de conexión.

11. Un dispositivo de marcado caracterizado porque se proporciona un aparato (100) de marcado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 y se proporciona una bomba para bombear el fluido de refrigeración a través de los microcanales.

12. Un dispositivo de marcado según la reivindicación 11, caracterizado porque el al menos un láser (10) de gas está acomodado en un primer alojamiento (101) , la bomba está acomodada en un segundo alojamiento (102) , se proporciona un eliminador de calor para disipar calor del fluido de refrigeración a un entorno en el segundo alojamiento (102) , y el primer alojamiento (101) y el segundo alojamiento (102) están conectados con el cable umbilical (50) .