Διερεύνηση της σχέσης μεταξύ του ρυθμού φωτοαποδόμησης και της πυκνότητας ενέργειας κατά την κατεργασία αφαίρεσης υλικού με δέσμη Laser με τη μέθοδο της Μοριακής Δυναμικής

Σιδέρης, Εμμανουήλ; Sideris, Emmanouil

dc.contributor.author	Σιδέρης, Εμμανουήλ	el
dc.contributor.author	Sideris, Emmanouil	en
dc.date.accessioned	2016-06-29T08:57:34Z
dc.date.available	2016-06-29T08:57:34Z
dc.date.issued	2016-06-29
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42883
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12237
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Κατεργασία	el
dc.subject	Φωτοαποδόμηση	el
dc.subject	Μοριακή Δυναμική	el
dc.subject	Διάρκεια παλμού	el
dc.subject	Pulsed laser ablation	en
dc.subject	Laser machining	en
dc.subject	Pulse duration	en
dc.subject	Ablation rate	en
dc.subject	Molecular dynamics	en
dc.subject	Βάθος αποδόμησης	el
dc.title	Διερεύνηση της σχέσης μεταξύ του ρυθμού φωτοαποδόμησης και της πυκνότητας ενέργειας κατά την κατεργασία αφαίρεσης υλικού με δέσμη Laser με τη μέθοδο της Μοριακής Δυναμικής	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Investigation of the correlation between ablation rate and laser fluence in material removal via laser beam using the Molecular Dynamics method	en
heal.classification	Κατεργασίες υλικών	el
heal.classification	Lasers	en
heal.classification	Laser systems and laser applications	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/12ca5151411399c77d21d70b67b67a46b688b242
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/b0dc3813d67ef74400db7649a2ddb2ab4efee8d7
heal.classificationURI	http://skos.um.es/unescothes/C02217
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-03-16
heal.abstract	Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στον Τομέα Τεχνολογίας των Κατεργασιών της σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Ε.Μ.Π. Πρωταρχικός στόχος της εργασίας είναι η διερεύνηση της σχέσης μεταξύ του ρυθμού φωτοαποδόμησης και της πυκνότητας/ροής ενέργειας κατά την αφαίρεση υλικού με υπερβραχείς παλμούς laser, μέσω της μεθόδου της Μοριακής Δυναμικής. Το μοντέλο Μοριακής Δυναμικής που χρησιμοποιήθηκε, είναι σε γλώσσα MATLAB και είχε ήδη αναπτυχθεί σε προηγούμενη εργασία [1]. Στις προσομοιώσεις, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων περιγράφονται από το δυναμικό Morse, όπου ως μέγιστη απόσταση υπολογισμού αλληλεπιδράσεων έχουν ληφθεί τα 10Å. Ως υλικό χρησιμοποιήθηκε το Al (Παράμετροι για το δυναμικό Morse από [77]) με κρυσταλλικό πλέγμα FCC κατά τις κατευθύνσεις x, y και z. Στα άκρα του δοκιμίου κατά τους x και y άξονες εφαρμόστηκαν περιοδικές συνοριακές συνθήκες, ενώ στην πίσω επιφάνεια του δοκιμίου εφαρμόστηκαν ανακλώμενες συνοριακές συνθήκες. Έλαβαν χώρα προσομοιώσεις με τρεις διαφορετικούς όγκους προσομοίωσης 20x20x20, 25x25x25 και 30x30x30 σειρών ατόμων, με τον μεγαλύτερο να αποτελείται από 27000 άτομα. Καταρχάς, διερευνάται η σχέση μεταξύ βάθους αποδόμησης και συνόλου αποδομημένων σωματιδίων συναρτήσει της ροής ενέργειας για παλμό 200fs και συνολική διάρκεια προσομοίωσης 400fs. Όσον αφορά το βάθος αποδόμησης, για ροές πολύ κοντά στο κατώφλι αποδόμησης, παρατηρούνται σταθερές τιμές. Για μεγαλύτερες ροές, το βάθος αποδόμησης αυξάνεται λογαριθμικά. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η επίδραση του όγκου προσομοίωσης, όπου αύξηση του όγκου, οδηγεί σε μικρή μείωση του κατωφλιού ροής και σε μικρή αύξηση του βάθους αποδόμησης. Για ροές πολύ κοντά στο κατώφλι αποδόμησης, αύξηση του όγκου, προκαλεί την αποδόμηση περισσότερων ατόμων, κάτι που μπορεί να σχετίζεται με τη μείωση του κατωφλιού αποδόμησης. Για ένα εύρος τιμών ροής ενέργειας, ο συνολικός αριθμός αποδομημένων ατόμων είναι ανεξάρτητος του όγκου προσομοίωσης και αυξάνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Παρόλα αυτά, επηρεάζεται πολύ πριν τα αποδομημένα άτομα φτάσουν τον συνολικό αριθμό ατόμων του δοκιμίου τον οποίο πλησιάζει ασυμπτωτικά. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση της διάρκειας παλμού, όπου έλαβαν χώρα επιπλέον προσομοιώσεις με παλμούς διάρκειας 50fs και 100fs. Όπως παρατηρήθηκε, μείωση της διάρκειας παλμού προκαλεί αύξηση του βάθους αποδόμησης και των αποδομημένων ατόμων, η οποία γίνεται ακόμη μεγαλύτερη για μεγαλύτερες ροές ενέργειας.	el
heal.abstract	This diploma thesis was devised in the section of Manufacturing Technology of National Technical University of Athens. The primary aim of this study is to investigate the correlation between ablation depth of Al and laser fluence for femtosecond pulses, using Molecular Dynamics (MD) simulation. The MD model used in this study was realized through MATLAB and was already developed in a previous study [1]. The interactions between atoms of the system were governed by the Morse potential where a cutoff distance of 10Å was used and parameters for Al were taken from [77]. The modeled material was simulated by face-centered cubic (FCC) lattice in the x, y, and z directions. Periodic boundary conditions were applied in the x and y directions in order to simulate infinite medium and reflective boundary conditions were applied in the back surface. Three different simulated volumes are investigated with dimensions 20x20x20, 25x25x25 and 30x30x30 atomic layers in x, y and z directions. The largest volume is composed of 27000 atoms. At first, the fluence dependence of total ablated particles and ablation depth is analyzed for a 200fs pulse and total simulation time of 400fs. As of the ablation depth, two different regimes are observed. For fluences very close to ablation threshold, the ablation depth is measured as constant. For higher fluences, the ablation depth is increased logarithmically. The effect of simulation volume is also investigated, where increasing volume causes a slight decrease in the ablation threshold and a slight increase in ablation depth. Total number of ablated atoms is also affected by simulation volume. For fluence very close to ablation threshold, larger volume causes more atoms to be ablated. This might be relevant with the ablation threshold decrease. For a range of slightly higher fluences the total number of ablated atoms is irrelevant of simulation volume and grows with increasing rate. However, it is affected much sooner than number of ablated atoms reach total simulation atoms number, causing an asymptotic approach over it. The effect of pulse duration was finally investigated and additional simulations of 50fs and 100fs took place. An increase in ablation depth and total ablated particles is observed for decreasing pulse duration, which becomes more pronounced for higher fluences.	en
heal.advisorName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος - Χριστόφορος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	102 σ.
heal.fullTextAvailability	true