Основи розробки технологічних засобів підвищення ефективності лазерної обробки
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Основи розробки технологічних засобів підвищення ефективності лазерної обробки
|
|
| Creator |
Анякін, Микола Іванович
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.07 - Процеси фізико-технічної обробки. - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут». – Київ, 2010 Дисертація присвячена розробці основ підвищення продуктивності і якості лазерної технології (Rapid Prototyping, зварювання, різання, срайбування та інших). За допомогою комп’ютерного моделювання та проведення досліджень засобами планування експериментів встановлено, що єдиним шляхом підвищення продуктивності та якості лазерної технології (без підводу додаткових джерел енергії у зону дії сфокусованого лазерного випромінювання) є керування законом розподілу густини енергії у зоні обробки. Причому, найбільш простий шлях вирішення задачі є додаткове сканування лазерного випромінювання. Сумісно з оптимізацією режимів обробки, впливаючи на закон сканування, можливо впливати на розміри, час існування ванни розплаву, ширину та шорсткість поверхні різу та інше. Крім того, керуючи режимами лазерної обробки можливо уникнути впливу анізотропії теплофізичних властивостей матеріалів, які оброблюються, на якість операції. Розроблені методики та пристрої дозволяють визначати температурні залежності оптичних властивостей матеріалів, які обробляються, та вести моніторинг процесу. Для розрахунку оптимальних конструкцій освітлювачів технологічних лазерів розроблена розрахункова методика, яка дозволяє адекватно визначати розподіл світла ламп спалаху по поверхні активного елементу, к.к.д системи освітлення та інше. В роботі наводяться алгоритми, які дозволяють перетворювати плоскі зображення (географічні карти, фотографії та інше) в їх псевдо 3-х вимірні образи, які (в подальшому) можуть бути використані для відтворення у системах швидкого прототипування. Наведено ряд прикладів реалізації створеного устаткування та технологій (швидкого прототипування, різання, свердлення, зварювання та інше), у яких використано розроблені методи та пристрої.
Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.03.07 - Процессы физико-технической обработки. - Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт». - Киев, 2010 Диссертация посвящена разработке основ повышения производительности и качества лазерной технологии (Rapid Prototyping, сварка, резание, срайбирование и пр.) без привлечения в зону действия сфокусированного лазерного излучения дополнительных источников энергии. С помощью вычислительных экспериментов, с использованием в качестве модели процесса многомерного, нестационарного, нелинейного уравнения теплопроводности, с учетом фазовых переходов (заменяемого конечно-разностным аналогом на неравномерной пространственно - временной сетке и решаемого методом прогонки) и проведения исследований методами планирования экспериментов установлено, что единственным путем повышения производительности и качества лазерной технологии (без подвода дополнительных источников энергии в зону действия сфокусированного лазерного излучения) есть управления законом распределения плотности энергии в зоне обработки. Причем, наиболее простой путь решения данной задачи является дополнительное сканирование лазерного излучения в пределах зоны действия сфокусированного лазерного излучения (микросканирование). Совместно с оптимизацией режимов обработки, влияя на закон сканирования, возможно управлять размерами, временем существования ванны расплава (без увеличения температуры в зоне действия сфокусированного излучения), шириной и шероховатостью поверхности реза и прочее. Таким образом, микросканирование сфокусированного лазерного излучения может быть отнесено к технологическим параметрам процесса обработки. Установлено, теоретически и экспериментально проверено, что параметры и закон микросканирования сфокусированного лазерного излучения определяются типом технологической операции и материалом, который обрабатывается. Кроме того, управляя режимами лазерной обработки, законом микросканирования, возможно избегать влияния анизотропии теплофизических свойств обрабатываемых материалов на результат и качество выполняемой операции. Разработанные методики и устройства позволяют определять температурные зависимости оптических свойств обрабатываемых материалов от температуры и вести мониторинг процесса. Для повышения достоверности полученных результатов разработаны и использованы методики определения реальных оптических свойств заготовки, которая изготовлена из разных материалов. В частности установлено, что повышение интенсивности облучения в зоне обработки заготовок из некоторых полупроводников (моно и поликристаллический кремний) приводит к снижению эффективности обработки, а порошковые материалы при комнатной температуре поглощают лазерное излучение в 1.5раза лучше, чем их аналоги из сплошных материалов, но, при повышении температуры до 8000С, коэффициент поглощения лазерного излучения порошковых материалов нивелируется со значением коэффициента поглощения их монолитных аналогов. Для расчета оптимальных конструкций осветителей технологических лазеров разработана расчетная методика, которая позволяет адекватно определять распределение света источников освещения (ламп вспышки, диодов) по поверхности активного элемента, к.п.д системы освещения и прочее. Также, с помощью термосилового расчета устанавливается напряженно-деформированное состояние активного элемента, по величинам деформаций определяются параметры образованной тепловой линзы, определяется работоспособность всей конструкции. В работе приводятся алгоритмы позволяющие превращать плоские изображения (географические карты, фотографии и прочее) в их псевдо 3-х мерные образы, которые (в дальнейшем) могут быть использованные для воспроизведения в системах быстрого прототипирования. Приведен ряд примеров реализации созданного оборудования и технологий (быстрого прототипирования, резки, прошивки отверстий, сварки и т.д.), в которых использованы разработанные методы и устройства. Doctoral thesis for the scientific degree of Doctor of Technical Sciences in the speciality 05.03.07 - ―Processes of physicotechnical processing.‖ - National technical university of Ukraine «Kyiv Polytechnical Institute». - Kiev, 2010 This dissertation is dedicated to the development of scientific background of the increase of productivity and quality of laser processing technology (Rapid prototyping, welding, cutting, scribing etc.). By means of numerical modeling and experiment planning it was established that management of the distribution of energy density is the only way to raise the productivity and quality of laser processing. Moreover, the easiest way to solve this task is to employ additional scanning of laser beam. By affecting the scanning law, along with the optimization of processing regimes, it is possible to manage the dimensions and time of existence of the melt pool, kerf’s surface roughness etc. What is more, management of laser processing regimes helps to avoid the influence of anisotropy of thermo-physical properties of the workpieces on the quality of the processing. Methodology and equipment that has been developed let us to determine temperature dependencies of optical properties of workpieces and monitor manufacturing process. In order to calculate optimal configuration of illuminators for technological lasers there was developed a numerical algorithm that lets to determine the distribution of light from flash-lamps towards the surface of active medium, coefficient of efficiency of the illumination system etc. Algorithms that convert plane images (maps, photos etc.) into pseudo-3D images that could be used later for their further reproducing in Rapid Prototyping systems are presented as well. Several examples of the designed equipment and technologies (rapid prototyping, cutting, drilling, welding etc.) where the developed methods and technological units were used are described in details. |
|
| Publisher |
НТУУ "КПІ"
|
|
| Date |
2010-11-25T13:25:52Z
2010-11-25T13:25:52Z 2010 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/626
|
|
| Language |
uk
|
|