شبيه سازي فرآيند سوراخ كاري ليزري شيشه به روش اجزا محدود و انتخاب توزيع گوسين ليزر مناسب

Laser drilling simulation of glass by using finite element method and selecting the suitable Gaussian distribution

امروزه يكي از نيازهاي اساسي صنعت، ايجاد سوراخ هايي در ابعاد ميكرون است. از اين رو ليزر، يك ابزار بسيار مفيد و كارآمد در اين زمينه خواهد بود. سوراخ كاري ليزري نيز همانند ساير فرآيندهاي صنعتي نيازمند پيش بيني و شبيه سازي است تا بتوان از عيوب احتمالي و خسارت هاي ناشي از آن جلوگيري كرد. در اين تحقيق، مطالعه روي ماده GG17 glass (يك نوع شيشيه خاص) به ضخامت 10 ميلي متر انجام شده است. در مقاله پيش رو از روش اجزا محدود و بطور خاص از نرم افزار Abaqus جهت شبيه سازي اين فرآيند انجام شده است. جهت صحت سنجي، نتايج حاصل از شبيه سازي با نتايج حاصل از يك فرآيند آزمايشگاهي مقايسه شده است. ليزر مورد استفاده از نوع CO2 با خروجي پيوسته و توان 1325 وات و طول موج 1060 نانومتر بوده است. نرم افزارهاي اجزا محدود به تنهايي قابليت شبيه سازي ليزر را ندارند. از اين رو منبع حرارتي (ليزر) بوسيله كدنويسي شيبه سازي شده اند. در اين مقاله از سه نوع توزيع گوسين جهت شبيه سازي ليزر استفاده شده است. مهم ترين خروجي شبيه سازي، عمق سوراخ است كه با استفاده از آن مي توان به سرعت سوراخ كاري نيز دست يافت. اين نتايج با داده هاي آزمايشگاهي مورد مقايسه قرار گرفته اند. نتايج بدست آمده حاكي از آن است كه نتايج دو مورد از شبيه سازي ها با نتايج آزمايشگاهي تطابق معناداري دارد. بنابراين توزيع گوسين مناسب براي شبيه سازي فرآيند سوراخ كاري ليزري بدست آمد.

One of the basic industry requirements is creating the holes in micron sizes. The laser is a very useful tool for this purpose. Laser drilling (like other industrial process) needs simulation to avoid possible problems. This study is conducted on 10mm thick GG17 glass. In this paper, the finite element method (ABAQUS software) used for the simulation. For verification, the simulation results and experimental results were compared. The laser employed in this work was a continuous wave Co2 laser with output power of 1325 w and 1060 nm wavelength. Finite element softwares do not have the ability to simulate the laser heat source. Therefore heat source of laser is coded. Three types of Gaussian distribution have been used to simulate the laser heat source. The most important result of simulation is depth of holes, whereby the drilling speed is achieved. These results and experimental results were compared. Results of two simulation methods are consistent with experimental results. Then the suitable Gaussian distribution for laser drilling simulation was selected.