This paper summarizes the work on the development of a simulation program for modelling the process of machining quasi-three dimensional shape with the excimer laser beam on a constantly moving polymers. Relatively simple masks of rectangle, triangle and half circle shape are considered. The etching depth is calculated by considering the number of laser pulses irradiated on the specimen surface. It was found that similar shapes as experimental results can be obtained by choosing suitable parameters of moving velocity, moving distance and mask sizes.
A laser measurement system, a modified Michelson interferometer, which can accurately measure high speed length and displacement of servomechanisms by detecting a phase shift in the measurement beam using an optical interference was developed. A frequency stabilized laser source and a 20 fold frequency interpolation and digitizing circuit were applied to the system. The refra- ctive index of the ambient air was calibrated through the Edlens formula. The system achieved a resolution of /40, 16nm, a maximum allow-able measurement speed of 600nm/sec, and a length measure- ment range of 1500 mm. Performance of the system was evaluated on the machining center in short and long length measurements.
Polycarbonate (PC) and Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) was welded through a combination of a diode laser and CNC. Laser beam passed the transparent PC and was absorbed in an opaque ABS. Polymers were melted and welded by absorbed and conducted heat. Experiments were carried out by varying working distance from 44mm to 50mm for the focus spot diameter control, laser input power from 10W to 25W, and scanning speed from 100 to 400mm/min. The weld bead size and the specimen cross-section were analyzed, and tensile results were presented through the joint force measurement. With focus distance at 48mm, laser power with 20W, and welding speed at 300mm/min, experimental results showed the best welding quality which bead size was 3.75mm and the shear strength was $22.8N/mm^2$. Considering tensile strength of ABS is $43N/mm^2$, shear strength was sufficient to hold two materials. A single process was possible in CNC machining processes, surface processing, hole machining and welding. As a result, the process cycle time was reduced to 25%. Compared to a typical process, specimens were fabricated in a single process, with high precision. By combining two operations processes developed process gained 50% more efficiency.
Engineering ceramics as sapphire are widely used in industry owing to their superior mechanical and corrosion properties. However, micromachining of sapphire is a considerable challenge due to its transparency. Recently, direct ablation of sapphire has been demonstrated with a visible laser pulse at sufficiently high laser intensity. In this work, the theoretical model for pulsed laser ablation of sapphire is suggested and numerical analysis is carried out using the model. Sapphire ablation begins with plasma generation by the laser interaction with surface defects, impurities and contaminations in the initial stage of machining. Subsequent absorption of the visible laser beam can be explained by three mechanisms: metalization of sapphire surface due to the EUV radiation from the hot plasma, increments of surface roughness and temperature-dependent absorption coefficient. Comparison of the computation results with experimental observation indicates that the proposed model of sapphire is reasonable.
UV laser micromachining of metallic materials has been used in microelectronic and other industries. This paper shows on experimental investigation of micromachining of copper using a 355nm UV laser with 50ns pulse duration. A finite element model with high strain rate effect is especially suggested to investigate the phenomena which are only dominated by mechanically pressure impact in disregard of thermally heat transfer. In order to consider the strain rate effect, Cowper-Symonds model was used. To analyze the dynamic deformation during a very short processing time, which is nearly about several tens nanoseconds, a commercial Finite Element Analysis (FEA) code, LS-DYNA 3D, was employed for the computational simulation of the UV laser micro machining behavior for thin copper material. From these computational results, depth of the dent (from one to six pulsed) were observed and compared with previous experimental results. This will help us to understand interaction between UV laser beam and material.
The Nd:YAG laser process is known to have high speed and deep penetration capability to become one of the most advanced welding technologies. This paper describes the machining characteristics of SM45C carbon steel welding by use of an Nd:YAG laser. In spite of its good mechanical characteristics, SM45C carbon steel has a high carbon contents and suffers a limitation in the industrial application due to the poor welding properties. The major process parameters studied in the present laser welding experiment were position of focus, travel speed and laser power. Optical microscope and SEM were used to investigate the microstructures of the welded zone. The experimental results showed that penetration depth of the welding process increases with laser power. Both the microstructural investigation and the theoretical calculations indicated that materials undergoes a very high heating and cooling cycle during welding process. It was also found that the austenite nucleation takes place at the initial stage and the completion temperature of austenite transformation is much higher than in the case of the arc welding.
Diamond Like Carbon (DLC) is a metastable form of amorphous carbon that have superior material properties such as high mechanical hardness, chemical inertness, abrasion resistance, and biocompatibility. Furthermore, its material properties can be tuned by additional doping such as nitrogen or boron. However, either pure DLC or doped DLC show poor adhesion property that makes it difficult to apply contact processing technique. Therefore we propose ultrafast laser micromachining which is non-contact precision process without mechanical degradation. In this study, we developed precision machining process of DLC thin film using an ultrafast laser by investigating the process window in terms of laser fluence and laser wavelength. We have also demonstrated various patterns on the film without generating any microcracks and debris.
The modern CNC machine require increasingly an exact monitoring and control of cutting process. They are to make final taret which construct full automation factories as unmanned system. In this study, we decided that we develop new techique to monitor and detect tool breakage on the machining operation using face milling machine with multi-point throwaway tips. The technology in which the tool is illuminated by an beam of Laser is used by image of tool fracture through CCD camera.
In this paper, controlling shape of optical fiber tip for endoscope was investigated for eliminating blind spot. The blind spot of endoscope is generated by divergence angle of optical fiber, so it is easy to generate blind spot when tightly focusing. In order to eliminate this region, fiber tip is necessary to be controlled as convex or concave. Illumination simulation of convex and concave type of fiber tip in the endoscope was in progress, so the distance of non- blind region was investigated in each case. As well as the simulation, the tip was fabricated as concave shape by UV laser machining. Then the beam radiation was measured to observe the blind region. The result showed that controlling the fiber tip as convex or concave shape makes the narrow blind region of illumination in endoscope.
-Part I- As market needs become more various, the production of smaller quantities of a wider variety of products becomes increasingly important. In addition, in order to meet demands for more efficient production, long-term unmanned factory operation is prevailing at a remarkable pace. Within this context, laser machines are gaining increasing popularity for use in applications such as cutting and welding metallic and ceramic materials. FANUC supplies four models of $CO_2$ laser oscillators with laser power ranging from 1.5㎾ to 6㎾ on an OEM basis to machine tool builders. However, FANUC has been requested to produce laser oscillators that allow more compact and lower-cost laser machines to be built. To meet such demands, FANUC has developed six models of Slab type YAG laser oscillators with output power ranging from 150W to 2㎾. These oscillators are designed mainly fur cutting and welding sheet metals. The oscillator has an exceptionally superior laser beam quality compared to conventional YAG laser oscillators, thus providing significantly improved machining capability. In addition, the laser beam of the oscillator can be efficiently transmitted through quartz optical fibers, enabling laser machines to be simplified and made more compact. This paper introduces the features of FANUC’s developed Slab type YAG laser oscillators and their applications. - Part II - All-solid-state lasers employing laser diodes (LD) as a source of pumping solid-state laser feature high efficiency, compactness, and high reliability. Thus, they are expected to provide a new generation of processing tools in various fields, especially in automobile and aircraft industries where great hopes are being placed on laser welding technology for steel plates and aluminum materials for which a significant growth in demand is expected. Also, in power plants, it is hoped that reliability and safety will be improved by using the laser welding technology. As in the above, the advent of high-power all-solid-state lasers may not only bring a great technological innovation to existing industry, but also create new industry. This is the background for this project, which has set its sights on the development of high-power, all-solid-state lasers with an average output of over 10㎾, an oscillation efficiency of over 20%, and a laser head volume of below 0.05㎥. FANUC Ltd. is responsible for the research and development of slab type lasers, and TOSHIBA Corp. far rod type lasers. By pumping slab type Nd: YAG crystal and by using quasi-continuous wave (QCW) type LD stacks, FANUC has already obtained an average output power of 1.7㎾, an optical conversion efficiency of 42%, and an electro-optical conversion efficiency of 16%. These conversion efficiencies are the best results the world has ever seen in the field of high-power all-solid-state lasers. TOSHIBA Corp. has also obtained an output power of 1.2㎾, an optical conversion efficiency of 30%, and an electro-optical conversion efficiency of 12%, by pumping the rod type Nd: YAG crystal by continuous wave (CW) type LD stacks. The laser power achieved by TOSHIBA Corp. is also a new world record in the field of rod type all-solid-state lasers. This report provides details of the above results and some information on future development plans.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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