Modellierung Von Qualitäts- Und Effektivitätsbestimmenden Mechanismen Beim Laserabtragen

ISBN-13: 9783519062455 / Niemiecki / Miękka / 1999 / 120 str.

Gert Callies

Opis

1. 1. Ausgangslage Seit der Realisierung des ersten Rubinlasers durch Maimon im Jahr 1960 eroffnete die ra sante Entwicklung von unterschiedlichen Laserstrahlquellen hinsichtlich ihrer Pulslange, Strahlqualitat, Wellenlange, Repetitionsrate und der mittleren Leistung eine Vielzahl von neuen Anwendungsfeldern im Bereich der Medizin-, MeB- und Fertigungstechnik. Die Steigerung der mittleren Strahlleistung und der Strahlqualitat von kontinuierlich gepump ten Systemen, wie z. B. des Nd: YAG-Lasers und des CO-Lasers, erlauben das Laser 2 schneiden und -schweiBen mit hohen ProzeBgeschwindigkeiten, so daB diese Verfahren bereits in die industrielle Fertigung eingefiihrt werden konnten. Gepulste Festkorperlaser mit Pulsdauern im Millisekundenbereich haben im Vergleich zu den cw-Lasern eine gerin gere mittlere Leistung, jedoch verfiigen diese iiber eine hohe Pulsspitzenleistung, so daB als erste fertigungstechnische Anwendung das Bohren untersucht wurde. Aufgrund der Pulsdauern im Millisekundenbereich kommt es aber zur Ausbildung eines ausgepragten Schmelzbades. Als Folge setzen Schmelzaufwiirfe an den Randern der bestrahlten Zone und Schmelzspritzer die QualiUit des Berarbeitungsergebnisses herab. Die Entwicklung von Kurzpulslasern mit Pulsdauern im Bereich von einigen Nanose kunden, wie z. B. die giitegeschalteten und diodengepumpten Festkorperlaser mit oder ohne Frequenzvervielfachung oder die Excimerlaser, ermoglichte das Abtragen, Bohren und Strukturieren von Keramiken und Polymeren im Submillimeterbereich. Aufgrund der kurzen Pulsdauern wird der Werkstoff, im Gegensatz zu Pulsdauern im Millisekundenbe reich, kaum thermisch geschadigt und beeinfiuBt, so daB Werkstoffe mit hoher Prazision bearbeitet werden konnen. Gerade der fortschreitende Drang nach Miniaturisierung von Funktionselementen u. a. in der Sensortechnik, der Medizintechnik und der Leiterplatten technik begiinstigt den Einsatz dieser Laserstrahlquellen.

Spis treści

Einführung: Ausgangslage - Phänomenologische Beschreibung des Laserabtragens - Qualität und Effektivität des Laserabtragens - Zielsetzung der Arbeit - Gliederung der Arbeit Modellierung des strukturierenden Abtrags: Dreidimensionales Abtragsmodell - Gültigkeitsgrenzen des Modells Qualitätsbestimmende Mechanismen beim Strukturieren: Einfluß der Vielfachreflexion beim Abtragen mit Excimerlaser ohne Werkstückvorschub -Strukturierung durch Abtrag mit Vorschub und variabler Maskengeometrie - Synopsis Simulation der Materialdampfexpansion: Phänomenologische Beschreibung der Expansion - Physikalische Formulierung der Expansion des verdampften Materials - Lösung mit dem Finite-Differenzen-Verfahren - Ergebnisse der Simulationsrechnungen - Synopsis Wechselwirkungsmechanismen im Materialdampf: Inverse Bremsstrahlung - Mie - Streuung - Auswirkung der Wechselwirkungsmechanismen auf die Materialdampfexpansion - Synopsis Effektivitätsbestimmende Faktoren ermittelt durch ganzheitliche Betrachtungsweise: Einfluß der Laserparameter auf die Effektivität - Einfluß des Umgebungsgases auf die Effektivität - Synopsis Zusammenfassung und Ausblick Literatur Anhang: Werkstoffeigenschaften / Dissoziation und Ionisation / Diskretisierung der Eulergleichungen / Explizite Berechnung des komplexen Brechungsindexes / Kritischer Radius, minimale Energie, Clusterdichte.

O autorze

Dr.-Ing. Gert Callies

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Aus dem Inhalt Einführung: Ausgangslage - Phänomenologische Beschreibung des Laserabtragens - Qualität und Effektivität des Laserabtragens - Zielsetzung der Arbeit - Gliederung der Arbeit Modellierung des strukturierenden Abtrags: Dreidimensionales Abtragsmodell - Gültigkeitsgrenzen des Modells Qualitätsbestimmende Mechanismen beim Strukturieren: Einfluß der Vielfachreflexion beim Abtragen mit Excimerlaser ohne Werkstückvorschub -Strukturierung durch Abtrag mit Vorschub und variabler Maskengeometrie - Synopsis Simulation der Materialdampfexpansion: Phänomenologische Beschreibung der Expansion - Physikalische Formulierung der Expansion des verdampften Materials - Lösung mit dem Finite-Differenzen-Verfahren - Ergebnisse der Simulationsrechnungen - Synopsis Wechselwirkungsmechanismen im Materialdampf: Inverse Bremsstrahlung - Mie - Streuung - Auswirkung der Wechselwirkungsmechanismen auf die Materialdampfexpansion - Synopsis Effektivitätsbestimmende Faktoren ermittelt durch ganzheitliche Betrachtungsweise: Einfluß der Laserparameter auf die Effektivität - Einfluß des Umgebungsgases auf die Effektivität - Synopsis Zusammenfassung und Ausblick Literatur Anhang: Werkstoffeigenschaften / Dissoziation und Ionisation / Diskretisierung der Eulergleichungen / Explizite Berechnung des komplexen Brechungsindexes / Kritischer Radius, minimale Energie, Clusterdichte.