In this paper, finite element modeling of the laser ultrasonics (LU) process in ablation regime is of interest. The momentum resulting from the removal of material from the specimen surface by the laser beam radiation in ablation regime is modeled as a pressure pulse. To model this pressure pulse, two equations are required: one for the spatial distribution and one for the temporal distribution of the pulse. Previous researchers have proposed various equations for the spatial and temporal distributions of the pressure pulse in different laser applications. All available equations are examined and the best combination of the temporal and spatial distributions of the pressure pulse that provides the most accurate results is identified. This combination of temporal and spatial distributions has never been used for modeling laser ultrasonics before. Then by using this new model, the effects of variations in pulse duration and laser spot radius on the shape, amplitude, and frequency spectrum of ultrasonic waves are studied. Furthermore, the LU in thermoelastic regime is simulated by this model and compared with LU in ablation regime. The interaction of ultrasonic waves with a defect is also investigated in the LU process in ablation regime. Good agreement of the results obtained from the new finite element model and available experimental data confirms the accuracy of the proposed model.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.667-668
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2006
Usually nanosecond pulsing laser ablation of metal is under thermal effect. Many studies of the theoretical analysis and modeling to predict a result of laser ablation of metal are suggested on the basis of the photothermal mechanism. In this paper, we investigate the etching depth and laser fluence of laser ablation of copper films. We proposed the simplified SSB Model(Srinivasan-Smrtic-Babudp model) to study the photothermal effect of nanosecond pulsing laser ablation of copper thin metal. The experimental results were obtained by using the 355nm DPSS $Nd:YVO_4$ laser.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.11
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pp.17-23
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2010
Titanium alloy is one of the hard processing materials made by the traditional manufacturing method because of the excellent mechanical strength. Ablation of titanium alloy is investigated by using a femtosecond laser which is a regenerative amplified Ti:sapphire laser with 1kHz repetition rate, 184fs pulse duration time and 785nm wavelength. Experiments are carried out under various ablation conditions with different pulse overlap ratios for the rectangular shape and micro hole. Test results show that the ablation characteristic according to pulse overlap ratio of titanium alloy seems to be as non-linear type at the different zone of energy fluence. The optimal condition of rectangular shape processing is obtained at the laser peak power 1.3mW, pulse overlap ratio of 90%, beam gap of $1\;{\mu}m$. The micro hole has a good quality from the pulse overlap ratio of 99% at the same laser peak power. With the optimal processing condition, the fine rectangular shape and micro hole without burr and thermal damage are achieved.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.10a
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pp.75-78
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1995
This paper presents the feasibility of laser ablation process in 3-D micro machining of MEMS (micro Electro Mechanical System)parts. The micro machining characteristics of polymer(Energy fluence, pulse repetition rate, number of pulse, ablation rate)are investigated and 3-D micro machined samples are demonstrated.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.12
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pp.1359-1365
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2011
The changes of ablation characteristics with respect to laser parameters and material parameters during pulsed laser ablation of solids were discussed with experimental results. Although laser wavelength, laser pulse width, and laser pulse energy are the primary factors to be considered, it is shown that other parameters such as laser spot size and material properties also critically influence on the ablation results. It is further demonstrated that the microstructural characteristics of the target can lead to completely different ablation rate and surface morphology.
In this paper, a pulsed picosecond laser dressing method for bronze-bonded diamond wheel is studied systematically and comprehensively. The picosecond laser pulse ablation experiment is carried out, and the ablation thresholds of bronze-bonded and diamond abrasive particle are measured respectively. The results indicate that the single-pulse ablation thresholds of bronze-bonded are 0.89J/cm2, 0.24J/cm2 during strong/weak ablation stages. And the multi-pulse ablation thresholds of diamond abrasive particle are 1.69J/cm2, 0.49J/cm2 during strong/weak ablation stages. Obviously, diamond grains have less thermal damage during the process of gentle ablation. The diamond grains of the grinding wheel surface are graphitized during laser dressing. The bronze-bonded is relatively smooth and organizational stability, and the diamond grits have suitable prominent height, which are beneficial to maintain the good grinding performance of dressed bronze-bonded diamond grinding wheels.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.22
no.3
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pp.134-138
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2012
Recently the preparation magnetic nanoparticles by a pulsed laser ablation in liquid has gained much attention because it is easy to control experimental parameters. Iron oxide magnetic nanoparticles have been prepared by a pulsed laser ablation of ${\alpha}-Fe_2O_3$ target in ethanol at different magnitude of laser energy of 1, 20, 40 and 80 mJ/pulse. It revealed that particle size increases with increasing laser energy. It could be concluded that 40 mJ/pulse is an optimum laser energy for the preparation of iron oxide nanoparticles with uniform size distribution. The nanoparticles are homogeneously dispersed in ethanol and their stability maintained for several months.
J. Heitz;D. Bauerle;E. Arenholz;N. Arnold;J.T. Dickinson
Journal of Photoscience
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v.6
no.3
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pp.103-108
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1999
We present recent results on ablation mechanism, single-pulse laser micropatterning , pulsed-laser deposition(PLD) and particulates formation accompanying laser ablation, with special emplasis on polymers, in particular polymide, (PI), and polytetrafluoroethylene, (PTFE). Ablation of polymers is described on the basis of photothermal bond breaking within the bulk material. Here, we assume a first order chemical reaction, which can be described by an Arrhenius law. Ablation starts when the density of broken bonds at the surface reaches a certain critical value. Single-pulse laser ablation of polyimide shows a clear-length dependence of the threshold fluence. This experimental result strongly supports a thermal ablation model. We discuss the various possibilities and drawbacks of PLD and describe the morphology, physical properties and applications of PTFE films.
Thermal shock behavior of TiN-coated SUS 304 substrate was investigated using a laser ablation method. By short surface ablation with a pulse Nd-YAG laser, considerable surface crack and spalling were observed, whereas there were few oxidation phenomena, such as grain growth of TiN crystallites, nucleation and growth of $TiO_2$ crystallites, which were observed from the coatings quenched from $700^{\circ}C$ in a chamber. The oxygen concentration of the ablated coating surface with the pulse laser also had a lower value than that of the quenched coating surface by Auger electron spectroscopy and electron probe micro analysis. These results were attributed to the fact that the properties of the pulse laser method have a very short heating time and so the diffusion time for oxidation was insufficient. Consequently, it was verified that the laser thermal shock test provides a way to evaluate the influence of the thermal shock load reduced oxidation effect.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.163-164
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2006
In this paper, an analytical laser ablation model with Maxwell equation will be addressed by considering relationship between laser ablation and material. The Maxwell equation consists of four equations: two Gauss laws for electric and magnetic fields, Faraday's law, and Ampere's law. This analytical model will be calculated by employing Finite Difference Time Domain (FDTD). This method also makes it possible to simulate the laser beam propagation in a wide range of materials, such as metals, semiconductors, and dielectrics. Therefore, in this study, a numerical model for short pulse laser interaction with materials is developed, focusing on the accurate description of laser beam propagation and ablation process into the material with each pulse.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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