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Additive Fertigung von Glas: Simulation und Messung von Temperaturen in der Prozesszone

Research output: Chapter in book/report/conference proceedingConference contributionResearch

Authors

  • Tobias Grabe
  • Katharina Rettschlag
  • Xuejian Wang
  • Song Wang
  • Arved Ziebehl
  • Peer-Phillip Ley
  • Roland Johann Lachmayer

Details

Original languageGerman
Title of host publicationTagungsband 4. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik
Place of PublicationClausthal-Zellerfeld
Number of pages15
Publication statusPublished - 2021
Event4. Symposium Materialtechnik - Aachen, Germany
Duration: 25 Feb 202126 Feb 2021

Publication series

NameFortschrittsberichte der Materialforschung und Werkstofftechnik / Bulletin of materials research and engineering
PublisherShaker
Volume10
ISSN (Print)2364-0804

Abstract

In weitreichenden Einsatzgebieten der Hochleistungslasertechnik werden Quarzglasfasern aufgrund ihrer hohen optischen Leitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit eingesetzt. Die additive Fertigung von Quarzglasfasern auf Basis eines laserbasierten Faserextrusionsverfahren ermöglicht den Einsatz von neuen Materialien und die Erweiterung der Anwendungsbereiche von additiv gefertigten optischen Komponenten. Beim Laser Glass Deposition-Prozess (LGD) werden mit einem CO2-Laser (10,6 µm) lokal Temperaturen von über 2000 °C in das Glas eingebracht. Dieses Verfahren ermöglicht die additive Fertigung von Glas durch das Anschmelzen und anschließendes schichtweises Ablegen von Fasern. Da die Forschung und Entwicklung des LGD-Prozesses primär auf experimentellen Laborarbeiten aufbaut, sind die Temperaturfelder, die während des Herstellungsprozesses im Glas entstehen, weitgehend unbekannt. Die lokalen Verarbeitungstemperaturen und Temperaturgradienten haben jedoch großen Einfluss auf die Fertigungsqualität und die optomechanischen Eigenschaften der Glaskomponenten. Im Rahmen dieses Beitrages wird ein Simulationsmodell zur Beschreibung der thermischen Vorgänge in einer Glasfaser und dem Substrat während des Fertigungsprozesses erstellt und mit experimentellen Daten verglichen. Ziel ist die Vorhersage der lokal auftretenden Prozesstemperaturen im Glas, die während des Prozesses entstehen. Basierend auf dem Simulationsmodell werden Fertigungsparameter wie die Leistung des Lasers und die Materialzufuhr rechnerisch evaluiert.

Cite this

Additive Fertigung von Glas: Simulation und Messung von Temperaturen in der Prozesszone. / Grabe, Tobias; Rettschlag, Katharina; Wang, Xuejian et al.
Tagungsband 4. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik. Clausthal-Zellerfeld, 2021. (Fortschrittsberichte der Materialforschung und Werkstofftechnik / Bulletin of materials research and engineering; Vol. 10).

Research output: Chapter in book/report/conference proceedingConference contributionResearch

Grabe, T, Rettschlag, K, Wang, X, Wang, S, Ziebehl, A, Ley, P-P & Lachmayer, RJ 2021, Additive Fertigung von Glas: Simulation und Messung von Temperaturen in der Prozesszone. in Tagungsband 4. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik. Fortschrittsberichte der Materialforschung und Werkstofftechnik / Bulletin of materials research and engineering, vol. 10, Clausthal-Zellerfeld, 4. Symposium Materialtechnik, Germany, 25 Feb 2021. https://doi.org/10.21268/20210519-17
Grabe, T., Rettschlag, K., Wang, X., Wang, S., Ziebehl, A., Ley, P.-P., & Lachmayer, R. J. (2021). Additive Fertigung von Glas: Simulation und Messung von Temperaturen in der Prozesszone. In Tagungsband 4. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik (Fortschrittsberichte der Materialforschung und Werkstofftechnik / Bulletin of materials research and engineering; Vol. 10).. https://doi.org/10.21268/20210519-17
Grabe T, Rettschlag K, Wang X, Wang S, Ziebehl A, Ley PP et al. Additive Fertigung von Glas: Simulation und Messung von Temperaturen in der Prozesszone. In Tagungsband 4. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik. Clausthal-Zellerfeld. 2021. (Fortschrittsberichte der Materialforschung und Werkstofftechnik / Bulletin of materials research and engineering). doi: 10.21268/20210519-17
Grabe, Tobias ; Rettschlag, Katharina ; Wang, Xuejian et al. / Additive Fertigung von Glas : Simulation und Messung von Temperaturen in der Prozesszone. Tagungsband 4. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik. Clausthal-Zellerfeld, 2021. (Fortschrittsberichte der Materialforschung und Werkstofftechnik / Bulletin of materials research and engineering).
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TY - GEN

T1 - Additive Fertigung von Glas

T2 - 4. Symposium Materialtechnik

AU - Grabe, Tobias

AU - Rettschlag, Katharina

AU - Wang, Xuejian

AU - Wang, Song

AU - Ziebehl, Arved

AU - Ley, Peer-Phillip

AU - Lachmayer, Roland Johann

N1 - Funding Information: Diese Arbeit wurde im Rahmen des EFRE - NBank geförderten Projektes "GROTESK - Generative Fertigung optischer, thermaler und struktureller Komponenten" durch das Teilprojekt oGROTESK (ZW6-85018307) durchgeführt.

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - In weitreichenden Einsatzgebieten der Hochleistungslasertechnik werden Quarzglasfasern aufgrund ihrer hohen optischen Leitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit eingesetzt. Die additive Fertigung von Quarzglasfasern auf Basis eines laserbasierten Faserextrusionsverfahren ermöglicht den Einsatz von neuen Materialien und die Erweiterung der Anwendungsbereiche von additiv gefertigten optischen Komponenten. Beim Laser Glass Deposition-Prozess (LGD) werden mit einem CO2-Laser (10,6 µm) lokal Temperaturen von über 2000 °C in das Glas eingebracht. Dieses Verfahren ermöglicht die additive Fertigung von Glas durch das Anschmelzen und anschließendes schichtweises Ablegen von Fasern. Da die Forschung und Entwicklung des LGD-Prozesses primär auf experimentellen Laborarbeiten aufbaut, sind die Temperaturfelder, die während des Herstellungsprozesses im Glas entstehen, weitgehend unbekannt. Die lokalen Verarbeitungstemperaturen und Temperaturgradienten haben jedoch großen Einfluss auf die Fertigungsqualität und die optomechanischen Eigenschaften der Glaskomponenten. Im Rahmen dieses Beitrages wird ein Simulationsmodell zur Beschreibung der thermischen Vorgänge in einer Glasfaser und dem Substrat während des Fertigungsprozesses erstellt und mit experimentellen Daten verglichen. Ziel ist die Vorhersage der lokal auftretenden Prozesstemperaturen im Glas, die während des Prozesses entstehen. Basierend auf dem Simulationsmodell werden Fertigungsparameter wie die Leistung des Lasers und die Materialzufuhr rechnerisch evaluiert.

AB - In weitreichenden Einsatzgebieten der Hochleistungslasertechnik werden Quarzglasfasern aufgrund ihrer hohen optischen Leitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit eingesetzt. Die additive Fertigung von Quarzglasfasern auf Basis eines laserbasierten Faserextrusionsverfahren ermöglicht den Einsatz von neuen Materialien und die Erweiterung der Anwendungsbereiche von additiv gefertigten optischen Komponenten. Beim Laser Glass Deposition-Prozess (LGD) werden mit einem CO2-Laser (10,6 µm) lokal Temperaturen von über 2000 °C in das Glas eingebracht. Dieses Verfahren ermöglicht die additive Fertigung von Glas durch das Anschmelzen und anschließendes schichtweises Ablegen von Fasern. Da die Forschung und Entwicklung des LGD-Prozesses primär auf experimentellen Laborarbeiten aufbaut, sind die Temperaturfelder, die während des Herstellungsprozesses im Glas entstehen, weitgehend unbekannt. Die lokalen Verarbeitungstemperaturen und Temperaturgradienten haben jedoch großen Einfluss auf die Fertigungsqualität und die optomechanischen Eigenschaften der Glaskomponenten. Im Rahmen dieses Beitrages wird ein Simulationsmodell zur Beschreibung der thermischen Vorgänge in einer Glasfaser und dem Substrat während des Fertigungsprozesses erstellt und mit experimentellen Daten verglichen. Ziel ist die Vorhersage der lokal auftretenden Prozesstemperaturen im Glas, die während des Prozesses entstehen. Basierend auf dem Simulationsmodell werden Fertigungsparameter wie die Leistung des Lasers und die Materialzufuhr rechnerisch evaluiert.

U2 - 10.21268/20210519-17

DO - 10.21268/20210519-17

M3 - Aufsatz in Konferenzband

T3 - Fortschrittsberichte der Materialforschung und Werkstofftechnik / Bulletin of materials research and engineering

BT - Tagungsband 4. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik

CY - Clausthal-Zellerfeld

Y2 - 25 February 2021 through 26 February 2021

ER -