包含有采用飞秒激光烧蚀步骤的生产微米级或纳米级机械零件的方法

专利名称：包含有采用飞秒激光烧蚀步骤的生产微米级或纳米级机械零件的方法
技术领域：
本发明涉及生产微米级机械零件与纳米级机械零件的方法本发明还涉及由上述方法生产的零件，而这些零件是用于钟表制造业领域或此外的领域，例如测量仪表、光学、光电子学等，或需要高的加工精度的其他领域，但不包括烧蚀生物材料的领域。
本发明还涉及生产传动件，例如皮带、皮带轮、齿轮等，特别是用于钟/表制造中的那些传动件的方法背景技术国际申请WO04006026描述了利用皮带或皮带轮进行传动的钟/表制造装置。设有齿轮或其他类型的同步或异步传动装置的钟表机件是周知的。但是常常需要使这类机件的零件微型化。
这些不同传动装置的生产由于人们所希望采用的尺寸与材料而受到严格限制。就所涉及到的几何结构与精度而论，这方面的要求是严苛的。这样，在生产常常是小尺寸的，且是由非金属的、聚合的、有机或复合材料制的软性机械传动件例如皮带，或是软性或刚性机械零件时，就会带来很大的困难。这些零件的尺寸通常小于2mm而齿距小于2mm，甚至约百分之几毫米。
内行人将碰到下述问题-难以进行机加工或难以控制机加工过程；-材料的可控行为(理化性质)差；-不适合于用模型制造然后来复制复杂的特别是翘曲的表面；-难以采用分层的或复合的材料；-难以引入功能性形状例如齿圈形状的清晰轮廓；-在皮带情形，缺乏牵引力增强件或低摩擦系数外套。
为此，在现有技术中需要有新的方法来生产允许在尺寸比例(分辨率)从毫米(10-3米)到纳米(10-9米)条件下进行机加工的机械零件。最好是，这种方法能无区别地适合所有材料，或在任何情形下都可适合于大类材料。这种机加工应该建立在对被加工的微米级或纳米机械零件，例如传动件，所进行的几何描述基础上。
还需要有尺寸减小了的且制造公差极小的新型零件或元件，例如新型的皮带轮与皮带，它们是不能用常规的制造方法生产，因而也是以前未曾设想到的。
用大功率激光器及加工零件的方法在先有技术中是周知的。例如，应用连续的或是具有“长”脉冲(大于500飞秒)的YAG或CO2激光二极管是对材料如金属材料或聚合物准分子进行机加工的相当标准的方法。这些方法，当用来进行小尺寸加工时，或是用来加工不能经受振荡或受到加热约束的材料时，是有局限性的。事实上业已观察到，在通以脉冲的过程中，即使是连续的过程中，材料中的热传输也会限制烧蚀区的精确度。此外，常规激光器的烧蚀区与光束的柱形相一致，这就限制了可以机加工的形状。机加工的深度则取决于激光束的功率以及材料的性质，而这是难以控制的。

发明内容
本发明的方法是以利用超短脉冲激光束来烧蚀物质，对小尺寸的零件进行机加工为基础的。特别是，本发明是基于在激光束/材料的相互作用面上利用具有持续时间不到500飞秒(5×10-13)而功率大于1012的激光脉冲来进行烧蚀。这些脉冲是由后面称之为飞秒激光器的特殊的激光器产生的。
上述这类飞秒激光器是已知的，其技术现在已经很好地掌握，结果使得这类设备紧凑、多用途化和可靠。这类激光器的多种多样性不断增大今天所能实现的光束覆盖了整个电磁波谱，从X射线到T射线(兆兆赫射线，超过了红外线)，最大功率达到拍它瓦(若干个1015瓦特)。这些装置主要用于物理学、化学、生物学、医学与光学。
由于上述装置脉冲的持续时间极短，从而能够研究发生在显微镜下的或原子级下的超高速现象。此外，在极短的脉冲时间中能产生极大的功率，形成一种极端状态，常常可与那些在聚变反应堆中遇到的情形相比。
在用这种超短脉冲激光来制造微型机械元件时有以下优点-高的机加工精度；
-在几乎无热的(热中性的)条件下烧蚀材料；-存在只是在“光束腰部”的焦点处才有的效果，特别是对于透明材料情形，此光束能够透过整个厚度在物质中的这样的点上进行加工，不改变其表面，也不改变其行经途径上的物质。
-此光束能够在远距离以及所有角度下操作；-对所加工材料没有限制；-通过调节激光器，使得只要是在最大功率所集中的中心部位的强度大于材料的烧蚀阈值(控制焦平面上的能量密度)，就能够获得小于激光束宽度的分辨率。
-就烧蚀面而言，不需如机加工那样地费力。
运用飞秒激光进行材料烧蚀已如上所知，并且在Kautek et al的《Femtosecond pulse laser ablation of metallic，semiconducting，ceramic，and biological materials》，SPIE vol 2207，pp.600-511，Apr.1994以及Liu，X，et al的《Laser Ablation and Micromaching with Ultershort LaserPulser》Oct.1997，IEEE Journal of Quantum Electronics，vol.33，N10，pp.1706-1716等论文中有所描述。
美国专利USRE37585描述了借助脉冲激光束破坏物质的方法，其特征在于能量密度的破坏阈值(Fth)对宽度(T)之比表明了用于此激光束预定的宽度值的梯度的一种急剧、快速和清晰的偏转，或者至少是可清楚探测到的并且清晰的偏转。
本发明方法的显著优点得益于运用了持续时间特短、功率特高的脉冲。在这种极端状态下，可以用相同设备对差异极大的材料进行精密加工。尽管如此，这种脉冲的功率或持续时间仍能适用于上述材料，或者适应于机加工零件一部分时所需要的速度及精密度。
本发明还特别根据了下述观测结果运用功率极高的、大大超过常规激光的机加工方法，使得激光束能够放射形成一个几乎瞬间的、爆炸性的升华。尽管空间尺寸很小，但机加工速度相对较快。再者，通过在一个极短的时间后中断光脉冲，烧蚀作用就被限制在直接放射的区间里，而不会触及到相邻部分。因此，所采用的这种极大的功率使得待机加工的零件能够极其清楚地切割出陡峭边沿。
本发明还基于下述观测结果飞秒激光适用于机加工新类型的零件和新材料，特别是尺寸很小、精密度很高的零件，尤其是那些之前并无人建议使用飞秒激光(技术)的钟表元件。本发明还涉及用飞秒激光器制造且具有以前认为几乎无法实现的尺寸、精确度和表面状态的零件。
本发明的方法也使机加工尺寸等于或小于2mm或最好是小于1mm的零件成为可能，上述尺寸被计算总长并且定义为连接一个零件的沿同一方向两个最远的点的线段的长度。本方法也使机加工齿状件的深度不到2毫米甚至不到0.5毫米的零件变得可能。
上述零件最好通过微型操作器来保持，以保证零件表面的定位和取向能相对于激光束的取向进行加工。被加工零件能够通过由具有间隙补偿或更新功能的微米级甚至纳米级自动加工程序控制的多轴系统来保持。零件的运动是很小的，非常之快，与激光器或辅助光学器件的运动相比，通常要快得多，并且具有更高的精度和可重复性。不过也有可能同时甚至单独地移动激光器或偏离激光束。
通过至少在一个平面上(X轴和Y轴)沿着C轴旋转，最好是沿着垂直于该平面的Z轴，并且/或者沿着两条垂直的A轴和B轴旋转将零件传送至机器，则烧蚀区能够得到调整。如前所述，也能设想激光器或相关光学器件的位移情形。此外，根据平行于Z轴的方向能够控制焦距。
通过取得了与机加工形状的描述相对应的数据的机加工程序，能够控制位移过程。这种描述以数学形式给出，而此机加工程序则决定激光束用于生成这些形状所要不断地或逐步地经过的路径。本发明是建立在利用新的曲线族并考虑飞秒激光从激光器出发以准确的距离刚好在焦点处发生烧蚀的能力所作的几何描述的基础上。根据材料和加工深度能够最优化烧蚀条件，并通过诸如确定激光束入射角度以及确定相对于激光束进行元件机加工的取向等方法来调整此种条件。
最好是，本方法还包括以下步骤-借助CAD系统上二维、二维半或者最好是三维表示所定义的几何结构来描述机加工零件的形状；-将从CAD系统中得到的数据传送入最好是三维的，最好能允许进行翘曲表面内插的加工程序；-根据材料和加工深度决定间距，使烧蚀条件能够达到最优；-将数据输入运动控制和/或操作信息处理器；
-借助配备了或没有配备衍射仪的光学头的照明系统，沿同一方向对焦点区进行定位；-在工作面上将待加工零件定位；-通过紧固装置保持待加工零件；-调整超短脉冲激光器；-启动机加工程序并用超短脉冲的飞秒激光加工元件；根据最优的变型实施形式，本发明的方法在受控大气中实现，以避免发生产生于光/材料界面上的，例如空气击穿或环境理化性质变化等非线性现象。
本发明还涉及由上述方法生产的零件。本发明还来自下述观察的结果飞秒激光辅助的烧蚀加工适用于制造差异很大的零件，特别是那些尺寸极小、必须具有很高分辨率才能生产的零件和元件，而它们在此前的工艺水平下是无法制造的，或者说极难制造。本方法于是还特别涉及到传动部件，尤其是例如用本方法制备的钟表用的小尺寸部件。本发明还来自这样的观察结果飞秒激光能完全地适用于机加工尺寸很小、适合钟表制造的合成材料或复合材料的皮带轮或传送带；或是使用了专为注射或模制这样的皮带和皮带轮而设计的模具。
根据本发明，机加工的零件的尺寸至少有一个小于2毫米，最好是不到0.5毫米。本发明还适用于机加工具有至少一个不规则的或翘曲表面的其他零件，除此之外，其特征还在于至少有一个位于此弯曲平面中的半径其值大于10-9米小于10-3米，而最好是小于10-5米。


本发明实施形式的例子简述于通过附图所作的说明中，附图中图1是以举例方式示明用依据本发明的适用于机加工同步/异步传动装置的方法来生产零部件的装置；图2示明在此由所谓平行带式的皮带轮-皮带单元组成的同步/异步传动装置；图3示明弧形齿轮廓；图4示明分别在上述传动装置之外，另有位于各自内部的辅助皮带轮的两个异步传动装置的例子；以及图5是分层皮带的横截面图。
具体实施例方式
图1所示装置用于生产零件10，此装置在此是一个同步或异步传动装置，用来传递运动或功率，它包括工作面11，在本例中有6个可编程的轴(A、B、C、X、Y、Z)和保持装置12(例如紧固夹板、粘合剂、磁铁、真空装置等系统)。利用补偿或更新装置，通过信息处理器17执行的微米级自动加工程序，对上述轴进行控制。
信息处理器13，它主要有一个三维模型软件，例如三维CAD系统。
飞秒型的超短脉冲激光器14，它带有一个光学头15使激光束16的发射集中于焦点区。
位移控制/操纵信息处理器17机加工方法信息处理器13可以由诸如个人电脑或工作站来构成，这一处理器能够执行一套可以制作并储存待加工零件的三维模型，然后从此三维模型中生成机加工程序的软件。
这一机加工程序包括一系列指令来移动装置的各个轴，从而按照三维轨道来改变飞秒激光焦点区域，以便对零件进行加工。轨道的产生是根据内插法，而分度步骤的大小主要是所要求的加工速度、精度以及加工物的表面状态的函数。加工程序一旦确定，就能够用于加工许多相同的零件。
控制/操纵信息处理器17执行上述加工程序，它可以由诸如数控或工业PC等构成来控制轴的马达或致动器，以控制激光器14的、相关光学器件的以及待加工零件的位移轴的平动和转动，从而修正待加工零件的被辐照区D的相对位置。然后，该信息处理器向下一个由变速器和电子致动器组成的大功率伺服装置发出指令，使轴按照要求的精度和速度运动。
在空间上按6个轴(A，B，C，X，Y，Z)同时进行转动与平动就能在实际上加工任何零件10而不管这一零件有多复杂。
生产零件10例如微型皮带那样的同步/异步传动件的方法，主要包括以下几个步骤·描绘拟机加工的形状，例如在借助信息处理器13于三维CAD系统的平面上所确定的几何形状；·由信息处理器13或17将数据传输给三维机加工软件，同时要特别注意翘曲表面的内插法；·根据材料及加工深度来确定间距(各相邻脉冲之间烧蚀区的位移距离)，以使烧蚀条件最优化；·将数据存入控制和转向位移的信息处理器(17)，在信息处理器13和17之间发生的信数据传递可以通过网络，例如LAN或互联网或者通过磁、光、电等数据载体；·通过借助了装有或未装衍射装置的光学头15的照明系统，沿Z轴方向定位焦点区D；·在E平面(由X，Y轴确定)上固定并旋转加工零件；·通过紧固装置12将零件固定于机器10上以对零件进行定位和保持；·调整脉冲持续时间取决于材料，但最好低于500fs并且强度也取决于材料的超短波脉冲飞秒激光器。
·启动机加工程序同时利用飞秒激光器加工零件10，机加工程序需要在辐照区内沿着连续的或间断的轨迹产生一系列激光脉冲，从而达到烧蚀被辐照区的目的；烧蚀区的轨迹从而是待机加工的形式根据三维CAD系统的平面上确定的几何图像描述；根据材料和加工深度决定时间步长可以使烧蚀条件最优化。
对比试验显示持续时间从100到10fs的激光脉冲大大提高了加工精度。按照所要求的机加工的质量和速度，微加工中所用的能量密度通常为0.2到50J/cm，但根据机加工的材料不同，上述速度最好是低于10微米/脉冲，最一般的至少是0.5到0.25微米/脉冲。与那种皮秒或准分子的传统激光器相比，烧蚀精度得到极大提高。
不论是何种机加工材料，超短脉冲激光器都不会在被辐照体积之外发散热量。这种方法的无热(热中性)性质是由于在光束的焦平面上脉冲的短暂性而又具有高达1014w/cm2的极高强度。目前的发展趋势是激光器的脉冲达到100fs(1.0×10-13秒)，产生约MJ/脉冲的能量。
实际上，电子受热是由于逆“韧致辐射”(减速辐射)现象。发射出来的电子通过碰撞把能量传递给处于原子轨道上的其他电子，并产生离子雪崩使物质解体。电子的能量传递给机加工材料原子轨道上其他电子的现象发生于一瞬间，大约是脉冲持续时间的1/1000。这样，任何热扩散之前的物质烧蚀都能发生在被辐照区以外。
激光束的能量梯度因此得以更好地确定，使得只是横截面积不到光束总的横截面积50％的中心区域的强度才超过材料的烧蚀阈值。这样，机加工的分辨率便低于光束的最大直径。
在一个变型实施形式中，使用了两束完全同步且不平行的飞秒激光。每一光束的强度低于材料的烧蚀阈值，从而只是在两光束的交点处才进行机加工，因此可能用来机加工空心零件。
通过信息处理器17的控制装置能够使脉冲的强度或其持续时间很好地适应拟机加工的材料及所要求的加工精度与速度。因而，在同一零件的机加工周期内，可以对这些参数加以修正。
总体来说，在激光束与被机加工零件之间相对位移是基于对零件的支持件进行空间操作的结果。可以看到，在本发明的方法中，对于特殊情况能够通过利用不同的反射镜光学系统、扫描仪、望远镜等使激光束在光学头出口处发生偏转，不受零件位移的约束来进行烧蚀。使激光器位移是可能的，但惯性风险使它的位移比零件的位移更慢地稳定。
在制造传动件10或其他微米级或纳米级零件时，于零件上机加工出的绝大多数形状都可以在一个平面上机加工。在加工更复杂的表面如复杂的齿圈(未图示)时，可以根据三个或甚至四个轴以及一个旋转平面11和一个绕轴旋转光学头15，来同时移动激光束16的碰撞点。
零件的位移速度可以按照所需生产率、精度和分辨率以及预定的表面状态作综合平衡后获得。这样，可以通过一系列不同速度的位移来加工很多零件。
为了避免因光/材料界面而发生的非线性现象，可以在真空中或投入中性气体(氦，氩……)发射下进行机加工。在受控大气中机加工能够避免在光-材料界面上产生非线性现象，例如发生于在焦平面中的空气击穿以及必然出现的不稳定现象将改变机加工质量。在有特殊用途情况下，为了提高烧蚀的能效，可以通过安装衍射系统或光学伺服装置作为聚焦装置的补充来提高光学精度。
待机加工零件的几何表示；辐照区的位移能通过零件辐照区进行的最通行的位移有以下几种a)快速定位，也就是通过以机器允许的最大速度行经线性轨道来限制移动零件以获得程控点b)线性插入，即通过以程序员给定的行进速度来行经线性轨道从而达到程控点。
c)环形插入，其功能是描绘出完整的圆或圆弧，而根据的是确定这些圆或圆弧的某些特征几何元素，例如这种圆的坐标以及有关极值的坐标；d)螺旋型插入；将一个平面中的圆运动与垂直于该平面上的平移运动相组合；e)圆锥型插入；在同一平面上，通过三个点一组用几何方法来确定各个抛物线段，且每段最后一个点是下一段的起点；f)多项式内插法，即可根据多项式的次数来确定轨迹，并且可以用来对样条型曲线进行曲线拟合。
在生产像皮带这样的微型传动件的情况下，绝大多数形状可以在一个平面上机加工。从这个意义上说，生产者可以采取二维或二维半的技术。以下的机加工操作可以通过本发明的方法和装置来完成a)定轮廓(在此方式下，机加工工具以恒定的深度定位，同时在平面上描出一系列直线和曲线)；b)钻孔及相关操作c)机加工负性容积在加工诸如齿圈或翘曲面等更加复杂的表面时，激光束会同时通过转盘和能够绕轴旋转的光学头沿三个轴甚至更多的轴移动。此光学头能在一个转盘上绕着两个轴旋转(旋转头)。最后，沿着Z轴平行方向调节焦距也是可能的。
本发明的机加工方法最主要的优点在于能够加工的几何形状并不限于直线线段(简单内插)或者圆。而且，尤其是在应用于钟/表制造的传统加工技术领域中时，通常会遇到多少有些模糊的或者甚至是隐蔽的样式确定的草图或连接点(由工具的形状确定的两个表面的交叉点所产生的几何形状)。显然，这些常规方法并不适用于机加工复杂的、特别是翘曲的形状，更广泛地说，也不适合在要求对表面交叉处(倒角)有准确控制的地方进行加工。
为了通过物质烧蚀进行机加工，在所有可能条件下，利用借助了几何学和算法的数学法则能够确定待处理的表面或外形(如曲线图，算法几何，概率算法……)。
通常说来，利用超短脉冲激光进行物质烧蚀这一方法所生成的复杂表面的几何表示需要确定被称为自由曲线的特殊曲线。最常用的表示方法是用贝塞尔曲线的表示方法。已知的一种演变形式也同样会在B样条曲线的名义下遇到。
对于更复杂的形状，特别是对那些属于圆锥曲线(圆、椭圆、抛物线等的弧)的曲线外形来说，有理曲线被用在圆锥曲线的表示是由多项式的商而非由方程参量决定的地方。为了确定待加工的表面，可使用到最普通的有理曲线，即由多项式确定的有理贝塞尔曲线，它的一个表面分解为被称作单位粒子的简单构件，每一单位粒子是由称为极点的点或样条与NURBS(非均匀有理B样条)确定，该NURBS是由形成网络中表面块件的成组的点确定的。
这些曲线族可以更准确地说明于下-贝塞尔曲线主要涉及到以下概念的参数曲线伯恩斯坦多项式，De.lestelian赋值算法，细剖分，仰角，导数，几何性质(仿射几何学的不变性，凸包，变分缩量)-B-样条函数基于P(k，t，r)、节点重数、C^K类连接、局部和最小支集来确定的。
-参变量B-样条形式的B-样条曲线，涉及到多边形控制论、德波赋值算法的概念，并且特别是具有诸如仿射不变性，局部控制，凸包，边缘多重节点，节点插入等几何性质。
-几何样条曲线，回答了几何连续性、几何不变性以及众所周知形式的Frent结构、nu-样条，、tau-样条的概念利用超短冲激光进行物质消蚀的机加工方法优于其他加工方法是因为它使用模糊的、取决于加工精度与复杂性的数据算法，此算法基于下列数学原理，但并非局限于这些原理-曲率，转距，Frenet结构，约当定理，等周不等式，焦点外壳或曲线-作为表面两种基本形式的曲面与超曲面，特别是曲率、高斯一博内方程，内蕴几何学，平行传输学，测地学。
-摩尔斯理论作为将多种同伦型与种属函数临界点相连接的理论，具有某些良好特性，包括印证了高斯-博内方程和Hessian函数，临界点和摩尔斯辅助定理；-定义在表面上的函数，如高度函数与距离函数等；-矢量场和摩尔斯图表，特别是用于重构理论的技术；-组合拓扑原理与代数拓扑原理，特别是三角测量，单纯复合形，欧拉-庞加莱表面特征量，多样性与分类理论。
-微分几何原理R3中的表面几何图形，高斯应用理论，主弯曲与主方向，点分类(椭圆的，双曲线的、抛物线的、平面的)，焦面与测地表面。
-欧几里德二次曲面和平滑表面的密接二次曲面；-基于平面曲线，渐屈线，骨架化，还有上述曲线的几何准则(到骨架的距离，距离函数可微分性，波峰波谷函数)以及它们的拓扑性质(同伦与收缩)角度下的骨架；-对Voronoi图表，Delaunay2维三角剖分和骨架近似值的参考；-表面重构和表面契合，特别要考虑到严格的Delaunay三角剖分、同伦以及同态的神经理论，还要遵循曲线与平面取样准则；-表面精炼算法、算法几何以及线段交点，二维和n维凸包计算、对偶性、线性规划；-几何数据结构，复杂的或简单的，借助了确定性算法和概率性算法；-运用内插法、平滑算法以及与平滑参数的选择有关的交互证实，特别要指出，这里仅仅是列举。
·最小平方平滑(考虑权重及限制条件)·内插法，通过多项式样条、样条间隔、能量的最小限度、内插样条的计算法则、样条基数(S样条)；·样条平滑化平滑样条、计算算法、用于平滑参数选择的交互证实法。
本发明所描述的烧蚀方法是广泛基于使用了NURBS(非均匀有理基本样条)技术的算法。
我们将这些NURBS定义为一组技术，用来插入和逼近曲线和表面。这些技术大量出现在形式的和数字的计算体系中，并且为CAD或CAD/CAM工具那样的重要模型软件利用。
根据与均匀情形对应的称之为节点的实值确定上述函数。对于我们所要机加工的标准形状，这些函数具有给定的次数，通常为2次或3次，很少更多。函数的值只是由在一个区间上由0到1之间但是不包括0的数组成。
次数越高，所描述的函数越平滑-次数1＝连续函数-次数2＝可导函数(无角状点)-次数3＝双重可导函数(无急剧弯曲)当修改一个节点时，函数连续变形。
当两个节点发生重合(节点成双)，函数失去连续性，要么不连续要么产生角状点或发生弯曲中断。
节点中的连续性级数等于次数减去节点重数，例如-次数2的B样条，单节点-可微性-次数2的B样条，双节点-角状点-次数2的B样条，三节点-不连续在由控制点(如齿圈轮廓)确定的曲线的情形下，得到平面点(称为控制点)和一组数值(称为节点向量)。能够提到以下基本性质1)曲线完全包含在凸包中(因为结合系数是由0到1之间的数组成，其总和等于1)2)上述定义的确定不取决于尺寸，因而它既可以用在三维空间的平面中，也可用于此外的情形。
3)曲线仅取决于节点的相对位置，如果进行了一次平移或同中心扩展变换，曲线保持不变，节点(0，0，1，2，4，4，4)形成与(-1，-1，1，3，7，7，7)形成的曲线相同的曲线。
4)当基本函数值为1时，其它的为0并且曲线经过特别是与之相关的控制点。当第一(分别处于最后)节点是为多重性的时，那么第一个(相应地最后)基本函数值是1，并且曲线通过第一个(相应地最后)节点。函数形成所谓的浮动极限曲线，贝塞尔曲线是它的一个特例。
最后确定构建有理曲线的同质坐标的作用是有趣的。
人们最终将会发现以上所描述的数学方法是唯一可以确保同中心扩展变换因子很好地用于机械原理实践的数学方法，该机械原理是用于加工微米级和纳米级机械件的(有关滑动、摩擦表面、啮合表面等情况)。
可以用本发明的方法加工的零件和部件飞秒激光支持的烧蚀加工技术适用于加工尺寸减小了的、必须具有很高分辨率的零件和构件，尤其是用于钟表制造领域，但不限于该领域。该方法特别适用于至少在一个方向、至少有一个尺寸小于或等于2毫米的零件的情形。这里的尺寸是总体测量并定义为沿着同一方向连结同一零件上最远两点的线段的长度。一般地说，此方法适用于加工所有接触半径(两个表面相交部分)尺寸要求精确到毫米的微米级的和纳米级的机械构件的制造。
因而，本发明的方法适于加工诸如传动件构件，尤其是例如应用于钟表加工中的小尺寸构件。
所制造的零件至少有一个通常是不规则的，形成于垂直平面中的线；至少有一个半径大于10-9并小于2mm的曲线。通过观察标明任何机加工方法加工的两个平面交叉部分的边缘即可看到这种例子。在肉眼可见水平上(毫米数量级，10-3m)，这些边缘可以被认为是直线的或弧形的，由凸形或钝角形成。然而，在显微镜水平下，这些同样的线在垂直于边线的平面上或多或少具有规则几何图形的特征，至少有一个半径长度最多为十分之一毫米，通常叫做倒角的部分。
本发明的方法主要用于加工以下所有或部分的钟表构件-表身，尤其是具有凹槽和小洞并用作支架板件；-用于在转动或平动中保持或引导微米级机械的不同部件作直线形或翘曲状的桥连接件；-实心部件之间的材料连接件，特别是外壳的，滑动的，单纯枢纽或滑动枢纽的，平动和转动的，螺旋形的，平面支撑件，单一或指形的球窝节，线性环形的，线性直线的，点状的……；-能量聚积件，尤其是弹簧和聚缸；-利用了直线的或翘曲的齿轮，皮带轮，摩擦滑轮，刚性或柔性等速连接件，流体静压或流体动力构件的微米级或纳米级传动装置。
-旋转或滑动的连接装置；-机械储存构件，尤其是凸轮；-与擒纵功能有关的部件，主要是那些用于分配功率，以及配有制动器、气缸、英国式擒纵叉、拴销、反弹轮等的系统，尤其是以下构件擒纵轮，擒纵齿，边缘轮，力臂，轮轴，杠杆，棒，制动器，输入/输出脉冲，叉，输入/输出叉，针刺，限制性输入/输出拴销，大/小安全轴，平衡器；-被称为调节构件的振荡构件，属于钟摆或螺旋平衡器，更为普遍的是，不管是否处于润滑状态、是否线性、是否含有机械或非机械润滑装置，包括以下相邻构件摆轮夹板、平衡器，油丝固着环、柱头螺栓、……、指针、平衡发条，基于复杂的左/右开导螺旋面的平衡器，与旋转调解系统相连的构件，特别是不局限于此，还有游丝钟表或旋转盘；-振荡块，取回旋、直线运动或绕轴旋转方式-撞击构件；-外部构件，主要如玻璃表面，底座，中轴，上发条按钮，校正器，钟面，指针，表壳衬圈，底盘，接线片、表带和其部件，按钮，显示器电池，表盖，单纯或永久数据显示的显示标志，时间设定指示器，月相指示器，刻度指针-表壳，由一个或数个部分组成，有时还有以下一些构件上发条按钮，表盖，按钮；皮带传动件的制造如上所述，本发明的方法也适用于加工同步/异步传动件，尤其是微米级和纳米级传动件，例如皮带轮，光滑的或带齿皮带，链条，左/右传动装置，等速传动元件等。这样的传动件用于例如钟表制造或其他小型化装置的领域。可用本方法加工的传动件的例子在此不再赘述。
在一个实施形式中，使用了由本发明方法制造的皮带的机件/大功率传动件是异步的并且至少由一个齿轮，一个平坦的或梯形的或条纹状的皮带组成，最好是至少有一个位于微型皮带内部或外部的张紧器和/或导向器。在过高的转矩作用下，皮带轮上的皮带可能产生滑动形成传动件的异步性。
此外，异步微型皮带传动件可以被设置在枢轴或滑杆连接器上，从而提高在皮带轮上上发条的卷绕角度或确保其耦合/分开功能。
同步微型皮带传动件由至少二个齿轮和同一模数的有齿皮带组成，从而可以在一个驱动元件和受动元件中无滑动地传递机械功率，因此可以纠正由于异步传动件功能性的或偶发的滑动问题，尤其是在超负荷条件下。此时，微米级或纳米级机械链被认为是锯齿状皮带的特殊形式，因为它本身带有与齿相啮合的凹口。
通过齿型皮带的机件/大功率同步传动件主要包括-具有可控变形(材料弹性范围内)的轴承几何结构；-曲线的或多边形的轮廓的齿圈；-位于轴承平面中的正放射状的、直线的、倾斜或弯曲的齿圈。
由本发明方法制造的运动/功率传动件的部件是由具有足以保证其传送功能的机械特征的材料制成，例如塑料、聚合材料、金属、合成物、夹层结构材料等。
这种方法制成的传动件构件可以包括例如皮带轮和皮带等，它们是光滑的或具有按照小于2毫米节距分开的齿状件，例如微型皮带或者轮子，其齿高大约为0.5微米，而皮带上的齿深或宽度不到2毫米。皮带本身的厚度和宽度也最好是小于2毫米。机加工精度受限于光束的偏移量。上述构件，尤其是皮带或皮带轮，例如是设计用于钟表机件、钟表机件的其它部件或其它微型机械零件的。
图2通以举例方式阐释了通过由本发明方法完全或部分制造的皮带来传动的同步运动/功率传动系统10。这一系统主要包括主皮带轮23，皮带20，辅助皮带轮22和张紧导向器21。皮带轮23是扁平的，并且在其周边上设有与扁平齿轮相似的等距放射齿状件。皮带轮23有一个凸缘(未图示)以导引皮带20。可以通过本发明的飞秒激光辅助烧蚀的方法来加工上述传动件中全部的或部分部件。
皮带20具有图3所示的弧形齿廓。这一弧形齿廓甚至在皮带的曲率半径变化极大时，例如当皮带通过直径差异很大的皮带轮运作时，仍能进行有效的功率的传送。弧形齿廓也可用于皮带轮。
当制造同步传动系统时，在单个皮带轮23上，最好是在直径最小的皮带轮上装上凸缘(未列举)。
图4例示了2个异步传动件10，它们装有内/外置辅助皮带轮22而此异步皮带轮23是扁平的并在所述皮带轮23两边都装有凸缘(未图示)从而可以在所述传动件10上导引皮带20。
本发明允许使用复杂材料进行加工而没有尺寸限制，也可以制成夹层结构或复合型的，尤其是对于皮带加工，图5示明了一个具有多层复合结构51的分层皮带50的例子。
必须指出的是，对于皮带轮23或者其他尺寸的很小的有/无曲线轮廓30的微米级或纳米级构件，没有定规可循；该轮廓是所谓个性化的。此外，对于每一种齿廓，也存在直线式或弯曲形的侧面之分(未图示)。
传动装置的制造本方法亦涉及生产毫米级或纳米级的传动装置，此处的传动装置理解为组成同步传动件从而确保两个主轴之间的连接和从驱动轴(马达)将机械能传到从动轴(受动件)同时维持角速度恒定比的构件。
可以考虑不同形式的传动装置最基本的形式是所谓的“外部平行式”，除了不存在两个啮合齿之间的相对滑动外，其特征在于角速度的比率等于二者数量的或二者直径的反比，并且这两齿轮是沿相反方向进行相对转动。被称为“内部平行型”的变型即两个齿轮沿同一方向运转。上述的这种具有直齿的内部平行或外部平行的形式，还存在节距、模数和变速器传动比方面的特征。在根据弧形轮廓的传动装置设计中以对称形式对齿圈的几何形状进行了描述。
一种更复杂的形式回答了螺旋齿圈的准则，此螺旋齿圈是由在基本螺旋线上的无穷大的正切形成的“规则表面”来确定的。也可由沿着螺旋线作卷缠绕运动所形成的表面来确定。
被称为“齿条-齿轮”的特殊形式其特征在于齿条是一种特殊轮子，它的原始线条是直的，从几何学角度可以看作是直径无穷大的轮子。
从螺旋齿圈变换成齿条齿轮在运动学上是可能的。需要确保的是当此传动装置的两个基本枪体无滑动地转动时，两条共轭的双螺旋线仍保持相切，这就意味着两种情况-两个螺旋必须沿相反方向转动，例如，左侧齿轮只与右侧齿轮形成平行传动装置。
-与传动装置相关的几何条件(啮合条件)也必须要考虑到。
本发明的方法也可用于生产锥齿轮传动装置。首先，必须考虑到的是两个有相同顶点的圆锥而它们不会从一个滑动到另一个之上的规则形式。齿形是直的或螺旋形的。在锥齿轮传动装置的特殊情况下，必须要注意到传动装置连续性的问题和受到互补传动方法干扰的问题。这一方法使传动装置以充分逼近而只需考虑平行传动装置的形式，在锥齿轮传动装置中得到了研究。这样，所有关于传动装置连续性、干扰、相对滑动的问题，都可通过考虑其自身角速度、齿数、压力模数与压力角下平行的传动装置得以解决。
本发明的方法也可用来制造翘曲的传动装置，例如，有环形螺纹的齿轮。此环形螺纹与和它共轭且中心距离已知的齿轮相啮合。在之前的工艺水平下，这些齿轮通常由一个与环形螺纹恰好对应的工具进行修整(包络法)，此工具必须与此环形螺纹相合。使用超短的飞秒脉冲激光器可以摆脱对小尺寸加工的限制，否则这种小尺寸不能通过传统方法进行加工。在这类型传动装置中，主要关注相对滑动及可逆性的概念。
主要由于齿轮之间的点接触，与螺旋式翘曲传动装置有关的精细外形就能使得可以在小的负载下尤其对于极小的机件更为有效。
还要考虑被称为准双曲面齿轮的复杂外形，尤其是因为本烧蚀方法可以加工用任何其它已知方法都无法加工的极小尺寸的外形。
与齿轮的外形和尺寸无关，设计时还必须考虑到干扰条件，特别是那些与非对称外形和机加工相关的条件。
所描述的用于生成曲线和这些翘曲表面的方法使得能够掌控几何干扰。而且，利用超短脉冲激光的消蚀技术可以控制机加工干扰。当同时考虑这两个方面时，本方法对微米级与纳米级传动件确定、制作以及干扰的控制提供了适当的回答，它与齿圈形状和所用的材料无关。
微型模具的制作在先有工艺条件下，皮带轮、齿轮和张紧导向器是由诸如车削和/或铣削、电蚀、超声波机加工等传统方法加工制造的。传统皮带主要由模压制造，而模具是通过电蚀、超声波或甚至是LIGA方法制作的(光剖、电镀、ABFORMUNG一种组合了光剖、电镀和模压技术的工艺)。
上述方法适合于加工尺寸在毫米以上的微型模具。它们需要使用可注射的塑性材料，而不适合制造采用了诸如金属、复合材料或异质多层材料等的零件。温度或动力粘滞度限制了这些微型模具的使用，即使是用于制造合成材料的零件。
即使可以采用上述模具，但先有工艺技术要求这类模具有足够的精度。而本发明的目的便在于使用这种微型模具用于制造传动件或被注射成型的、或有夹层的或有复合结构的传动装置或传动件。例如，通过采用本发明方法制造的微型模具进行模压或注射成型，就能根据所需尺寸很好地制造出图5中具有多层结构的分层皮带。
通常，使用本发明上述方法机加工出的模具，不论其类型如何都需要一定数量的功能性附属装置-造型件凹腔(冲头和原模)-功能件支架、电源、用来释除和脱出已注射成型的机械装置、模具的温度调节装置-辅助件紧固和装卸装置、定心系统、用于安装插入物和取出模制品的自动机械、安全控制和脱模控制装置。
使用超短脉冲激光的机加工方法适用于制作模具中的凹腔，在此模具中通过冲头和原模两个部件限定出加工对象的三维负性表示(包括所有校正的尺寸在内)。
只要是采用模制技术和所使用的材料的粘度允许(非常小的尺寸)，本发明的方法就能模制出任何微米级或纳米级零件。模制成的表面状态是极好的，这对于制造摩擦用零件尤为重要。
可机加工的材料取决于拟机加工的零件，本发明的方法可以用于机加工大量不同材料，尤其是适用于加工各项同性材料、多形态材料(如叠层式的，……)或硬的复合材料，特别是塑料、金属、矿质或复合材料。
塑料即所谓主要成分为“高聚合物”的任何材料，其定义在国际标准ISO472和ISO471(2002年1月)中给出。“高聚合物”或更普遍的“聚合物”是由分子构成的产物，其特征在于有一种或几种原子或原子团(结构因子)的大量重复，以足够的数量链接而引导出一组性质，这组性质实际上不随单个或少数结构因子的增减而变化，它同时也是由高分子物质的聚合分子所组成的产物(ISO472)。
以下塑料和/或聚合物材料尤其可以用本发明的方法进行机加工-聚烯烃，例如聚乙烯PE，聚丙烯PP，聚异丁烯P-IB，聚甲基戊烯P-MP。
-根据ISO标准1043-1/458-2/4575/1264 1060-2/2898-1，6401，有氯乙烯聚合物PVC和它们的衍生物，特别是氯化乙烯聚合物PVCC，聚偏二氯乙烯PVDC，氯乙烯和丙烯共聚物VC/P，氯乙烯和氯化聚乙烯化合物PVC/E，聚氯乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯化合物PVC/ABS，氯乙烯的连枝聚合物和PVC/A，氯乙烯和醋酸乙烯共聚物PVC/AC-聚乙酸乙烯酯PVAc及其衍生物，主要是聚乙酸乙烯酯PVAC，聚乙烯乙醇化合物PVAL，聚乙烯丁酸盐PVB，聚乙烯甲醛化合物PVFM。
-基于ISO标准1043-1/2580-1/2897-1/4894-1/6402-1的苯乙烯(乙烯基苯)，主要是苯乙烯-丁二烯树脂SB，苯乙烯-丙烯腈树脂SAN，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS，丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈ASA，3-(……)丙基异丁烯酸盐(酯)MSMA，按照ISO7823-1/7823-2/8257-1，基于聚苯乙烯PS，特别是PC/ABS，ABS/PA，PS/聚苯醚PPE，PS/PP和PS/PE，聚苯烯腈(聚甲基丙烯酸甲酯异丁烯酸盐)PMMA的化合物，聚丙烯腈PAN，共聚物A/MMA丙烯腈/甲基异丁烯酸盐，丙烯腈/丁二烯共聚物，苯乙烯丙烯腈/丁二烯苯乙烯丙烯腈共聚物SAN，丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物ABS，甲基异丁烯酸盐/丙烯腈共聚物，丁二烯/苯乙烯共聚物MBS等。
-PMMA/AES化合物或合成物-根据ISO1043-1/1628-5/7792-1标准的，饱和聚酯-聚亚烷基类-聚丁烯对苯二酸酯PET及PBT。
-根据ISO1043-1/1874-1/599/3451-4/7628-1/7628-2/7375-1/7375-2标准的，聚酰胺PA，尤其是尼龙PA6.6，PA6.10，PA6.12，PA4.6，PA6，PA11，PA12等。
-根据ISO1043-1标准的聚甲醛(POM)，根据ISO10943-1的含氟聚合物，聚四氟乙烯PTFE，聚三氟氯乙烯PCTFE，聚偏二乙烯氟化物PVDF，乙烯-丙烯氟化物FEP，乙烯共聚物PTFE ETFE，根据ISO1043-1的硝酸盐，硝酸纤维素或硝化纤维CN，乙基纤维素EC和甲基纤维素MC，醋酸纤维素CA和三乙酸纤维素CTA。
-根据ISO1043-1标准的芳香族纲目的聚合物，主要为ISO1043-1/1628-4/7391-1/7391-2标准中的聚碳酸酯PC，聚苯硫醚PPS，聚苯醚PPE，聚(2，6-二甲基-1，4-亚苯基氧)，聚亚苯醚，聚醚醚酮PEEK，聚芳醚酮PAEK，聚醚酮，芳香聚砜PSU，聚醚砜PESU，聚苯砜PPSU，芳香族聚酰胺，聚丙烯酸PAA，聚邻苯二甲酰亚胺PPA，半芳香族非晶态聚酰胺PA6-3T，聚酰胺酰亚胺PAI，双酚A聚对苯二甲酸酯(聚丙烯酸酯)，聚醚酰亚胺PEI，丙酸纤维素CP和醋酸丙酸纤维素CAP，醋酸-丁酸纤维素CAB，液晶聚合物(Vectra，Sumika，Zenite)，根据ISO1043-1标准的热塑弹性体，Hytrel或Pebax类型的序列共聚物，Surlyn类型的离聚物，S(BASF)PBT+ASA，cycoloy(G B塑料)Lastilac(Lati)PC+ABS，Xenoy(GE塑料)PC+PET，orgalloyRS6000(ATO)PA6/PP，STAPPONN(DSM)ABS/PA6，lastiflexAR-V0(Lati)，PVC+三元共聚物塑料-按照ISO1043-1标准，聚胺酯主要是为获得铸塑人造橡胶或热塑性塑料或聚胺酯-聚脲(热硬化)或多孔聚胺酯，由以下成分构成的微孔人造橡胶聚胺酯PUR，异氰酸酯+氢供应器，异氰酸酯，聚胺酯和主要是甲苯二异氰酸酯甲苯TDI，多羟基化合物(聚酯和聚醚)，MDA胺和MOCA胺，硅树脂SI(按照ISO1043-1)，硅树脂聚硅醚SI，酚醛树脂PF(石碳酸-甲醛)和主要是PF2E1，PF2C1，PF2C3，PF2A1-2A2，PF1A-1A2，PF2DA，PF2D4，根据ISO4614和1043-1的氨基塑料(三聚氰胺-甲醛树脂MF，脲-甲醛树脂UF)，三聚氰胺甲醛MF，脲甲醛树脂UF，热硬化不饱和聚酯。
通常，在任何可能和需要的时候，上述材料都能够增强，尤其是可用以下材料增强芳香聚酰胺(Kevlar of Dupont de Nemours)，各种形式的玻璃，包括钠硅态，高模数碳，高抗碳，硼，钢，云母，硅酸钙盐，碳酸钙，滑石，聚四氟乙烯PTFE，例如Teflon等。
此外，加工后的塑料制品可以或不用矿物、合成物或金属膜覆盖。
本发明的方法也可以用来机加工绝大多数纯金属及其合金，主要是固态金属合金、钢以及铝、镍或铬、钼、钨(钨锰铁矿)或锰、金、铂或银、钛或钴、硼或铌、钽的铸件，同时也可以是纯金属。
包括石英在内的许多矿物材料也可以用本方法进行机加工。最终，本方法也适合于加工合成材料，亦即具有基体材料/有机材料或金属粘合剂的复合材料，并且主要包括(但并非穷尽全部)苯酚，聚酯，环氧物，聚酰亚胺，强化纤维/辅助强化材料(主要是纤维素，玻璃E、C、S、R，硼)，毛晶(晶须)AlO3，SiO2，ZrO2，MgO，TiO2，BeO，SiC，低模量芳香物，高模量芳香物，高强力碳，高模量碳，硼，钢，铝等，以及加有矿物材料的材料，主要是白垩、硅石、瓷土、钛氧化物、固态玻璃球等。
这些合成材料可以包括添加剂，主要是催化剂与加速剂，而在固态时可以取单层、多层或夹层结构。
尤其要提到以下复合材料，虽然不是全部铝/铜-金属基质复合材料Al77.9/SiC17.8/Cu3.3/Mg1.2/Mn0.4；铝/锂化合物-金属基质Al81/SiC15/Li2/Cu1.2/Mg0.8；碳/乙烯基酯-碳化纤维-乙烯基酯基质；碳/聚芳酰胺-碳化纤维-聚芳酰胺纤维；碳/碳纤维化合物-碳化纤维-碳基质；碳/环氧化合物-碳化纤维-环氧基质；碳/聚醚醚酮化合物-碳化纤维-PEEK基质；聚芳酰胺/乙烯基酯化合物-聚芳酰胺纤维-乙烯基酯基质；聚乙烯/聚乙烯化合物-聚乙烯纤维-聚乙烯基质；E-玻璃/环氧-硼硅玻璃/环氧化合物；聚芳酰胺/聚苯硫醚-聚芳酰胺纤维-PPS基质。
最后，还可以用本发明的方法机加工很多陶瓷材料。陶瓷是由可以是诸如天然多晶的或多相的或甚至是熔结氧化铝、硅土、硅铝酸盐或硅酸镁化合物(堇青石，多铝红柱石，皂石)和更广泛的材料如氧氮化物、硅铝氧氮聚合材料、碳化物等这类材料组成。首选的材料是分散于一个有机基质、金属基质或陶瓷基质的短的单晶纤维。还有金属碳化晶须，有机金属母体如SiC或Si3N4……这些材料可以通过干压、热塑模压和带状浇注等方式加工。
我们所指的陶瓷主要(但非全部)是由铝Al2O3，铝/硅Al2O380/SiO220，铝/硅Al2O3，96/SiO24-Saffil，铝/硅/硼氧化物Al2O370/SiO338/B2O3，铝/硅硼氧化物Al2O362 SiO224/B2O 14，钾铝硅酸盐白云石云母，碳化硼B4C，碳化硅SiC，反应结合的碳化硅SiC，热压碳化硅SiC，碳化钨/碳化钴WC94/Co6，可加工的玻璃陶瓷SiO246/Al2O316/MgO17/K2O 10/B2O3 7，可透陶瓷SiO250/ZrSiC 40/Al2O310，二硼化钛TiB2，二氧化钛TiO299.6％，氧化镁MgO，氮化铝AlN，可机加工的SHAPAL-M，氮化铝，氮化硼BN，氮化硅Si3N4，反应结合的氮化硅Si3N4，热压氮化硅Si3N4，氮化硅/氮化铝/氧化铝，硅铝氧氮聚合物，氧化锌/氧化铝ZnO98/Al2O32，氧化钇Y2O3，氧化铍BeO 99.5，熔融石英SiO2，红宝石Al2O3/Cr2O3/Si22O3，蓝宝石Al2O399.9，水合硅酸铝SiO253/Al2O347，二氧化硅SiO296，铝-石英玻璃-氧化铝-硅酸盐SiO357/Al2O336/CaOMgO/BaO，不稳定的锆ZrO299，氧化钇-稳定锆ZrO2/Y2O3，氧化镁-稳定的钇ZrO2/MgO等。
借助对物质作极其局部地加热，采用超短脉冲激光器时-对于塑料材料，能够进行切削而不会对切削区域造成热损伤；-对于复合材料，能够不使多层材料解层而进行直接切削。
-能够机加工所有金属而不会在激光入射的表面上产生熔化、隆起甚至是呈喇叭状等现象。
标号清单10机加工的零件，例如皮带等传动件11工作面12保持装置(紧固装置)13用于执行三维建模程序的信息处理器14飞秒激光器15光学头16激光束17用于执行机加工程序的信息处理器X、Y、Z待机加工零件的平动轴A、B、C待机加工零件的转动轴20皮带21紧带惰轮22辅助皮带轮23主皮带轮30弧形齿50分层皮带51增强件
权利要求
1.生产微米级或纳米级机械零件的方法，其特征在于此方法包括有激光辅助烧蚀步骤，所利用的激光具有持续时间小于5×10-13秒和在光-材料界面上的功率大于1012瓦的脉冲。
2.权利要求1的方法，此方法用于制造钟表零件。
3.权利要求1或2之一的方法，此方法用于皮带轮和/或皮带。
4.权利要求1-3之一中的方法，其中所述零件至少有一个尺寸小于或等于2mm或者最好是小于0.5mm，该尺寸被计算总长并且定义为连接零件的沿同一方向两个最远的点的线段长度。
5.权利要求1-4之一中的方法，其中所述零件包括深度小于2mm的齿状件。
6.权利要求1-5之一中的方法，其中所述零件是由微型操作器来保持，以保证相对于激光束的取向零件表面定位和取向进行处理/加工。
7.权利要求1-6之一中的方法，此方法包括以下步骤·描述拟机加工的形状；·将对应于所述描述的数据传递给机加工软件，此机加工软件尤其最好考虑到翘曲表面的内插；·根据材料与机加工深度确定激光束的入射角以及零件相对于此激光束进行机加工的位置，以使烧蚀条件最优化；·将数据输入运动控制和/或操纵信息处理器(17)；·调节持续时间小于5×10-13秒且在光束-物质界面上的功率大于1012瓦的超短脉冲；·启动机加工程序而由脉冲激光器加工零件(10)
8.权利要求1-7之一中的方法，其中激光束的能量梯度确定成，使得仅仅其横剖面积不到光束总的横剖面积50％的中心区域的强度超过材料的烧蚀阈值。
9.权利要求1-8之一中的方法，其中所述烧蚀只是在激光束的焦平面(16)中进行，此方法包括使所述焦平面相对于所述零件沿垂直于所述激光束方向移动的步骤。
10.权利要求1-9之一中的方法，其中所述拟机加工的零件(10)是为一机加工程序所控制的多轴系统保持，此程序例如是具有间隙补偿或更新的微米级的机加工程序。
11.权利要求1-10之一中的方法，其中所述脉冲的功率与持续时间是根据零件的材料而选择的，使得能通过脉冲，烧蚀若干微米材料最好是少于10微米的材料。
12.权利要求1-11之一中的方法，其中所述烧蚀是在真空中于投入中性气体或受控气氛下进行，以免在光-材料界面上产生的非线性现象，例如空气击穿或材料烧蚀。
13.权利要求1-12之一中的方法，其中采用了激光束的衍射装置。
14.权利要求1-13之一中的方法，其中需要有使所述零件(10)在平面(E)中定位的步骤。
15.权利要求1-14之一中的方法，其中所述零件具有下述材料中的至少一种塑料；金属；复合材料；陶瓷；矿物质；络合有机基质材料；硬的各向同性材料。
16.权利要求7-15之一中的方法，其中所述对拟机加工形状的描述是根据三维CAD系统一个平面上所确定的几何结构进行的；机加工的间距是根据材料与机加工的深度确定的，以使烧蚀条件最优化；所述聚焦区域通过照明装置借助装备或未装备衍射装置的光学头(15)定位。
17.按照权利要求1-16之一中的方法制造的构件。
18.权利要求17的零件，其特征在于此构件的至少一个尺寸小于或等于2mm或是最好小于0.5mm，这一尺寸被计算总长并且定义为连接构件的沿同一方向两个最远的点的线段的长度。
19.权利要求17的构件，其特征在于此构件包括齿状件，这些齿状件按照小于2mm的节距分开，和/或者其深度小于2mm。
20.权利要求17-19之一中的构件，其特征在于此构件具有至少一条曲线例如不规则的曲线，其形成在垂直于构件的平面中，且有至少大于10-9m而小于5mm的曲率半径。
21.权利要求17-20之一中的构件，此构件供钟表用。
22.权利要求21的构件，其特征在于此构件是由同步或异步的传动件组成。
23.权利要求22的构件，其特征在于此构件是由皮带和/或皮带轮(22，23)组成。
24.权利要求23的构件，其中所述皮带具有小于2mm的厚度或宽度。
25.权利要求21的构件，它由下述构件之一组成钟表擒纵系统的构件；钟表调节系统的构件；或者用来在钟表的动力源与指针之间对能量与运动作运动学传送的链式构件。
26.权利要求25的构件，此构件的最大尺寸小于1mm。
27.权利要求18或19之一中的构件，此构件是用于制造钟表以外的目的。
28.权利要求17-27之一中的构件，此构件由下述构件中的至少一个组成至少一个齿轮；至少一个张紧的和/或带齿的工作轮；模具，例如圆形模具；凸缘，例如带齿的凸缘。
29.权利要求17-28之一中的构件，此构件是由硬的各向同性材料制作。
30.应用权利要求1-16之一中的方法来制造传动件特别是皮带的装置，此装置包括激光器(14)，它具有持续时间小于5×10-13秒而在光束-材料界面上的功率大于1012瓦的脉冲；保持装置(12)，它用于保持待机加工的零件；信息处理器(17)，它用于执行机加工程序，而此程序包括使所述脉冲激光器的焦平面相对于上述零件沿几个轴线移动的步骤。
31.权利要求10的装置，它还包括一信息处理器(13)，用来根据待机加工的零件的三维表示来产生上述机加工程序。
全文摘要
生产微米级或纳米级机械零件例如用于钟/表制造中的皮带轮或皮带的加工方法，此方法包括借助飞秒激光器进行激光烧蚀的步骤，这种飞秒激光器具有持续时间小于5×10
文档编号B23K26/40GK101048256SQ200580026761
公开日2007年10月3日 申请日期2005年6月8日 优先权日2004年6月8日
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