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

Grabe, T.; Rettschlag, K.; Wang, X.; Wang, S.; Ziebehl, A.; Ley, P.-P.; Lachmayer, R.

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.

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Grabe, T. / Rettschlag, K. / Wang, X. / et al: Additive Fertigung von Glas. Simulation und Messung von Temperaturen in der Prozesszone. Düren 2021. Shaker.

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