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2021 | OriginalPaper | Chapter

Modellierung und Evaluation thermischer Effekte für die laserbasierte Additive Fertigung von funktionalen Glaswellenleitern

Authors: Tobias Grabe, Katharina Rettschlag, Song Wang, Roland Lachmayer

Published in: Konstruktion für die Additive Fertigung 2020

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

In weitreichenden Einsatzgebieten der Hochleistungslasertechnik werden Quarzglasfasern aufgrund ihrer hohen optischen Leitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit eingesetzt.
Beim Laser Glass Deposition Prozess (LGD) werden mit einem CO2-Laser lokal Temperaturen von über 1500 °C ins Glas eingebracht. Dieses Verfahren ermöglicht die additive Fertigung und das Rapid Prototyping von Glas durch das Anschmelzen und schichtweise Ablegen von Fasern. Die Forschung und Entwicklung des LGD-Prozesses ist derzeit in einem frühen Stadium, wodurch die Temperaturfelder, die während des Herstellungsprozesses im Glas entstehen, weitgehend unbekannt sind. Die lokalen Verarbeitungstemperaturen und Temperaturgradienten haben jedoch großen Einfluss auf die Fertigungsqualität.
Im Rahmen dieses Beitrages wird ein Simulationsmodell zur Beschreibung der thermischen Vorgänge in einer Glasfaser während des Fertigungsprozesses erstellt und auf Basis von experimentellen Daten evaluiert. Ziel ist die Vorhersage der lokal auftretenden Prozesstemperaturen unter Berücksichtigung der temperatur-abhängigen Absorption der Laserstrahlung im Glasvolumen. Basierend auf diesem Simulationsmodell werden Fertigungsparameter wie die Leistung des Lasers und die Materialzufuhr rechnerisch evaluiert.
Literature
1.
2.
go back to reference Lachmayer, R., Bode, B., Grabe, T., Rettschlag, K.: Integration spezifischer Effekte in Strukturbauteilen mittels Additiver Fertigungsverfahren. In: Lachmayer, R., Rettschlag, K., Kaierle, S. (Hrsg.) Konstruktion für die Additive Fertigung 2019, S. 1–10. Springer Vieweg, Berlin/Heidelberg (2020) CrossRef Lachmayer, R., Bode, B., Grabe, T., Rettschlag, K.: Integration spezifischer Effekte in Strukturbauteilen mittels Additiver Fertigungsverfahren. In: Lachmayer, R., Rettschlag, K., Kaierle, S. (Hrsg.) Konstruktion für die Additive Fertigung 2019, S. 1–10. Springer Vieweg, Berlin/Heidelberg (2020) CrossRef
3.
go back to reference VDI Gesellschaft Produktion und Logistik: VDI 3405-Additive manufacturing processes, rapid manufacturing – basics, definitions, processes. VDI Handbuch, Berlin (2014) VDI Gesellschaft Produktion und Logistik: VDI 3405-Additive manufacturing processes, rapid manufacturing – basics, definitions, processes. VDI Handbuch, Berlin (2014)
4.
go back to reference Grabe, T., Li, Y., Krauss, H., Wolf, A., Wu, J., Yao, C., Wang, Q., Lachmayer, R., Ren, W.: Freeform optics design for Raman spectroscopy. In: Soskind, Y., Busse, L.E. (Hrsg.) Photonic Instrumentation Engineering VII. Photonic Instrumentation Engineering VII. SPIE, San Francisco (2020). https://​doi.​org/​10.​1117/​12.​2544708 CrossRef Grabe, T., Li, Y., Krauss, H., Wolf, A., Wu, J., Yao, C., Wang, Q., Lachmayer, R., Ren, W.: Freeform optics design for Raman spectroscopy. In: Soskind, Y., Busse, L.E. (Hrsg.) Photonic Instrumentation Engineering VII. Photonic Instrumentation Engineering VII. SPIE, San Francisco (2020). https://​doi.​org/​10.​1117/​12.​2544708 CrossRef
5.
go back to reference Grabe, T., Biermann, T., Bayerl, M., Lachmayer, R.: Anisotropic characteristics analysis of 3D-printed optical components. In: DGaO-Proceedings 2020. Bremen (2020). ISSN: 1614-8436 Grabe, T., Biermann, T., Bayerl, M., Lachmayer, R.: Anisotropic characteristics analysis of 3D-printed optical components. In: DGaO-Proceedings 2020. Bremen (2020). ISSN: 1614-8436
6.
go back to reference Biermann, T., Grabe, T., Ley, P.-P., Lachmayer, R.: Potentials and challenges of additive manufacturing using highly transparent silicone materials. In: DGaO Proceedings 2020. Bremen (2020). ISSN: 1614-8436 Biermann, T., Grabe, T., Ley, P.-P., Lachmayer, R.: Potentials and challenges of additive manufacturing using highly transparent silicone materials. In: DGaO Proceedings 2020. Bremen (2020). ISSN: 1614-8436
8.
go back to reference Rettschlag, K., Kranert, F., Hohnholz, A., Wienke, A., Suttmann, O., Neumann, J., Kracht, D., Lachmayer, R.: Laser deposition of fused silica coreless fibers to generate functional waveguides. In: Lasers in Manufacturing Conference 2019. München (2019) Rettschlag, K., Kranert, F., Hohnholz, A., Wienke, A., Suttmann, O., Neumann, J., Kracht, D., Lachmayer, R.: Laser deposition of fused silica coreless fibers to generate functional waveguides. In: Lasers in Manufacturing Conference 2019. München (2019)
9.
12.
go back to reference Rapp, B.E., Kotz, F., Arnold, K., Risch, P.: Next-generation 3D printing of glass: the emergence of enabling materials. In: Camposeo, A., Dzenis, Y., Farsari, M., Persano, L. (Hrsg.) Advanced Manufacturing Technologies for Micro- and Nanosystems in Security and Defence.; Berlin, Germany. SPIE, Bellingham (2018). https://​doi.​org/​10.​1117/​12.​2323095 CrossRef Rapp, B.E., Kotz, F., Arnold, K., Risch, P.: Next-generation 3D printing of glass: the emergence of enabling materials. In: Camposeo, A., Dzenis, Y., Farsari, M., Persano, L. (Hrsg.) Advanced Manufacturing Technologies for Micro- and Nanosystems in Security and Defence.; Berlin, Germany. SPIE, Bellingham (2018). https://​doi.​org/​10.​1117/​12.​2323095 CrossRef
19.
go back to reference Mazurin, O.V., Streltsina, M.V., Shvaiko-Shvaikovskaya, T.P.: Handbook of Glass Data Silica Glass And Binary Silicate Glasses, Part A. Elsevier Science, Amsterdam, New York (1983) Mazurin, O.V., Streltsina, M.V., Shvaiko-Shvaikovskaya, T.P.: Handbook of Glass Data Silica Glass And Binary Silicate Glasses, Part A. Elsevier Science, Amsterdam, New York (1983)
21.
go back to reference Pilon, L., Zhao, G., Viskanta, R.: Three-dimensional flow and thermal structure in glass melting furnaces. Part I: effect of the net heat flux distribution. Glas. Sci. Technol. 75(3), 55–68 (2002) Pilon, L., Zhao, G., Viskanta, R.: Three-dimensional flow and thermal structure in glass melting furnaces. Part I: effect of the net heat flux distribution. Glas. Sci. Technol. 75(3), 55–68 (2002)
22.
go back to reference Pilon, L., Zhao, G., Viskanta, R.: Three-dimensional flow and thermal structure in glass melting furnaces. Part II: effect of batch and bubbles. Glas. Sci. Technol. 75(3), 115–124 (2002) Pilon, L., Zhao, G., Viskanta, R.: Three-dimensional flow and thermal structure in glass melting furnaces. Part II: effect of batch and bubbles. Glas. Sci. Technol. 75(3), 115–124 (2002)
23.
go back to reference Lienhard, J.H.: A Heat Transfer Textbook Dover books on engineering, 4 Aufl. Dover Publ, Mineola (2011) Lienhard, J.H.: A Heat Transfer Textbook Dover books on engineering, 4 Aufl. Dover Publ, Mineola (2011)
26.
go back to reference Mixon, D.G., Roach, W. P. (Hrsg.): A thermal model of laser absorption. In: Conference on Optical Interactions with Tissue and Cells [18th]. California (2007) Mixon, D.G., Roach, W. P. (Hrsg.): A thermal model of laser absorption. In: Conference on Optical Interactions with Tissue and Cells [18th]. California (2007)
Metadata
Title
Modellierung und Evaluation thermischer Effekte für die laserbasierte Additive Fertigung von funktionalen Glaswellenleitern
Authors
Tobias Grabe
Katharina Rettschlag
Song Wang
Roland Lachmayer
Copyright Year
2021
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-63030-3_7

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