Diagnose und Simulation thermischer und fluidmechanischer Wirkungen der Gas- und Dampfphase beim Laserstrahlbohren

激光钻孔中气相和汽相的热力和流体机械效应的诊断和模拟

• 批准号: 150325495
• 负责人: Professor Dr. Wolfgang Schulz
• 金额: --
• 依托单位: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT)
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2008-12-31 至 2011-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/150325495?language=en
• 关键词: Diagnose; und; Simulation; thermischer; fluidmechanischer

Beim Laserstrahlbohren sind der Austrieb von Schmelze, die Strahlungsausbreitung der eingekoppelten Laserstrahlung und die Energie-Einkopplung innerhalb der Bohrung maßgeblich durch den Einfluss der gasförmigen Phase abhängig. Einige dieser Einflüsse, z. B. die antreibende Wirkung eines eingesetzten Prozessgases, haben eine noch unbekannte Größenordnung oder sind bisher nicht systematisch untersucht worden. Die Wirkung von Strahlformung und Prozessgasen auf das Bohren ist aus empirischen Untersuchungen zwar bekannt, kann jedoch wegen des mangelnden Verständnisses weder zum gezielten Einsatz verfügbarer Laser bzw. deren Kopplung noch zur Entwicklung neuer Lasersysteme angewandt werden. Das Modell zum Laserstrahlbohren wird um die Mechanismen und Wirkungen der Gas- und Dampfphase, die für die Strahlausbreitung, die Energie-Einkopplung und den Schmelzaustrieb relevant sind, erweitert. Hierzu werden die thermischen und fluid-mechanischen Wirkungen und der Kopplung von Prozessgasströmung, Dampf, Plasma und Strahlung beim Bohren mit Laserstrahlung untersucht. Die Größenordnung dieser Wirkungen wird in Abhängigkeit von den Prozess- und Verfahrensparametern angegeben, wobei insbesondere die zeitliche und räumliche Strahlform sowie die Eigenschaften der Prozessgasströmung berücksichtigt werden. Dazu werden bewährte und neue experimentelle Diagnose-Verfahren sowie moderne numerische Methoden zur Simulation der kontinuumsphysikalischen Phänomene angewandt und erweitert. Die Diagnose umfasst dabei bildgebende Verfahren wie die Thermographie und Hochgeschwindigkeits-Fotographie, metallurgische Untersuchungen, spezielle Verfahren zur Probenpräparation sowie spektroskopische Untersuchungen. Die Ergebnisse der Diagnose leiten die Modellbildung und die numerische Simulation, welche Methoden (insbesondere finite Methoden wie FDM, FEM, FVM aber auch gitterfreie Verfahren wie das Raytracing) zur Lösung freier Randwertaufgaben anwendet. Durch Anwendung von Diagnoseverfahren zur Modellbildung wird ein besseres Verständnis erarbeitet, mit dem eine Aufteilung des Raums der Verfahrensparameter in verschiedene Prozessdomänen erfolgt. Die Kenntnis der Prozessdomänen, die wesentlich von Einflüssen aus der Gasphase (Massen-, Impuls-, Energieübertrag) abhängen, erlaubt die gezielte Auswahl der Parameter des Bohrens, um die erreichbaren Kriterien der Qualität (z. B. Recast, Bohrungsform) und der Produktivität anzugeben und sicher einzustellen.

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项目成果

Laser ablation mechanism of transparent dielectrics with picosecond laser pulses

皮秒激光脉冲透明电介质激光烧蚀机理

• DOI: 10.1117/12.976062
• 发表时间: 2012
• 作者: Mingying Sun;Urs Eppelt;Simone Russ;Claudia Hartmann;Christof Siebert;Jianqiang Zhu;Wolfgang Schulz
• 通讯作者: Wolfgang Schulz

Review on laser drilling I. Fundamentals, modeling, and simulation

• DOI: 10.2351/1.4773837
• 发表时间: 2013-02-01
• 期刊: JOURNAL OF LASER APPLICATIONS
• 影响因子: 2.1
• 作者: Schulz, Wolfgang;Eppelt, Urs;Poprawe, Reinhart
• 通讯作者: Poprawe, Reinhart