Simulation von Femtosekundenlasern in der Materialbearbeitung

Mit fortschreitender Verkürzung von Laserimpulsen werden völlig neue Möglichkeiten der Materialbearbeitung erschlossen. Es gelingt fallweise sogar, damit Werkstoffeigenschaften nach Wunsch herzustellen, oder negative Begleiterscheinungen von Fertigungsschritten zu eliminieren. Die dabei ablaufenden physikalischen Prozesse sind äußerst komplex und Einflüsse einzelner Parameter sehr schwer erfassbar. Über Simulationen lässt sich ein besseres Verständnis derartiger Prozesse erlangen und mittels Variation der Parameter deren jeweiliger Einfluss ergründen. Letztendlich erschließt man sich so ein Instrumentarium zur Steuerung und Optimierung der Abläufe.

Primäres Ziel ist die Entwicklung eines Simulationsmodells für Materialbearbeitung mit ultrakurzen Laserimpulsen. Die dabei anfallenden Datenmengen sind enorm und Kompressionsmethoden gewinnen zunehmend an Bedeutung. Bisher finden hier allgemeine Standardansätze Verwendung. Unter Berücksichtigung der speziellen Datenstruktur sollen daher im Projekt auch Ansätze für leistungsfähigere Kompressionsmethoden gefunden werden. Dabei sind insbesondere Kreativität und Einfallsreichtum der Schüler/innen gefordert.

Nach einer Einführung sowohl in die Modellierung von Prozessen und damit Erlangung eines grundlegenden Verständnisses der Struktur der anfallenden Daten als auch in grundlegende Ideen der Datenkompression werden gemeinsam mit den Schüler/innen neue Ansätze entwickelt, die diese dann auch durch eine Verbindung mit den Servern der TU an Simulationen testen können. Nach einer Validierung mittels Laborexperimenten wird schließlich eine leistungsfähige Kompressionsmethode in das Simulationsmodell implementiert.

HIER geht es zur Webseite des Projekts

• Systematische Zusammenstellung von Materialkennzahlen wie, Dichte, Oberflächenspannung, Absorptionskoeffizienten, Viskosität, spezifische Wärme, thermische Leitfähigkeit in fester und flüssiger Phase, Schmelztemperatur, Siedetemperatur, Schmelzwärme, Verdampfungswärme Molmasse etc. für ausgewählte Werkstoffgruppen für Laserbearbeitungsverfahren und deren Simulation mittels Literaturrecherche.

• Hügel, Helmut: "Strahlwerkzeug Laser: Eine Einführung ISBN 978-3-519-06134-2
• Funktionsweise von Lasern: https://www.youtube.com/watch?v=xFy9DNN0j4M
• Informationszentrum Chemie, Biologie, Pharmazie https://lbb.ethz.ch/wiki.html
• Stuart, Herbert A., Klages, Gerhard:"Kurzes Lehrbuch der Physik" ISBN 978-3-662-45732-0
• Moore, John T.: "Chemie kompakt für Dummies" ISBN 978-3-527-70718-8