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Analytical model for the depth progress during laser micromachining of V-shaped grooves
(2022) Holder, Daniel; Weber, Rudolf; Graf, Thomas
An analytical model is presented that allows predicting the progress and the final depth obtained by laser micromachining of grooves in metals with ultrashort laser pulses. The model assumes that micromachined grooves feature a V-shaped geometry and that the fluence absorbed along the walls is distributed with a linear increase from the edge to the tip of the groove. The depth progress of the processed groove is recursively calculated based on the depth increments induced by successive scans of the laser beam along the groove. The experimental validation confirms the model and its assumptions for micromachining of grooves in a Ti-alloy with femtosecond pulses and different pulse energies, repetition rates, scanning speeds and number of scans.
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Analytical model for the depth progress of percussion drilling with ultrashort laser pulses
(2021) Holder, Daniel; Weber, Rudolf; Graf, Thomas; Onuseit, Volkher; Brinkmeier, David; Förster, Daniel J.; Feuer, Anne
A simplified analytical model is presented that predicts the depth progress during and the final hole depth obtained by laser percussion drilling in metals with ultrashort laser pulses. The model is based on the assumption that drilled microholes exhibit a conical shape and that the absorbed fluence linearly increases with the depth of the hole. The depth progress is calculated recursively based on the depth changes induced by the successive pulses. The experimental validation confirms the model and its assumptions for percussion drilling in stainless steel with picosecond pulses and different pulse energies.
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Estimation of the depth limit for percussion drilling with picosecond laser pulses
(2018) Förster, Daniel J.; Weber, Rudolf; Holder, Daniel; Graf, Thomas
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Gefallensurteil und Blickanalyse zum Fahrzeugdesign zukünftiger Aufbaugestalten anhand einer technischen Prognose
(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2016) Holder, Daniel; Maier, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
Die Gestalt eines Fahrzeugs wird von vielen funktionalen Zusammenhängen bestimmt. Dabei sind die Gestalt und das Design eines Fahrzeugs wesentliche Produkteigenschaften aus der Sicht des Betrachters und Benutzers. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, welche Aufbaugestalten bei zukünftigen Fahrzeugkonzepten relevant sind und wie diese prognostizierten Fahrzeugkonzepte auf den Betrachter wirken. Im ersten Schritt wurde eine Methode zur Prognostizierung zukünftig relevanter Fahrzeugkonzepte erarbeitet. Hierbei wurden Einflüsse auf die Fahrzeugentwicklung berücksichtigt sowie eine Neustrukturierung der Aufbauarten in kubische, additive und integrative Ausprägungen vorgenommen. Das Ergebnis dieser Methode liefert eine allgemeingültige und zeitlos anwendbare Definition des Fahrzeugaufbaus mittels der Aufbauarten. Die Ergebnisse des Prognoseprozesses sind ziel- und maßinduzierte Vorgaben an Aufbaugestalten von Fahrzeugkonzepten. Auf Basis dieser Vorgaben wurden parametrische 3D-CAD-Fahrzeugmodelle und daraus abgeleitet Reizmuster mit Fahrzeugdarstellungen entwickelt. Die Modelle dienen als Grundlage für die Erstellung von 36 unterschiedlichen Reizmustern von Fahrzeugdarstellungen. In der anschließenden Studie wurden die Reizmuster 80 Probanden dargeboten. Die Probanden hatten die Aufgabe, ihr Gefallensurteil auf einer siebenstufigen Ratingskala zu differenzieren. Parallel zum Gefallenstest wurden die Blickbewegungen mit einem Eye-Tracker aufgezeichnet und anhand von AOIs und Heatmaps analysiert. Auf Basis der Blickanalyse traten relevante Zonen des Fahrzeugaufbaus zu Tage. Es zeigte sich, dass Unterschiede in den Aufbauarten das Gefallen beeinflussen und Aufbauveränderungen die Gefallenswerte weiter differenzieren. In der Deutung und Anwendung der Studienergebnisse ist zusammengefasst und aufgezeigt, welche Maßänderungen das Potenzial haben, die Wahrnehmung positiv zu beeinflussen und welche Maßänderungen in Abhängigkeit einer Aufbauart kritisch zu sehen sind. Des Weiteren wurden Empfehlungen abgeleitet, was bei der Teilgestalt Form im Hinblick auf die Aufbaugestalt im Entwicklungsprozess zu beachten ist, da die Beurteilung und Wahrnehmung der Fahrzeugaufbaugestalt nun bekannt ist. Die vorliegende Arbeit bestätigte das wissenschaftliche Potenzial der interdisziplinären Schnittstellenthematik. Dabei bewährte sich die Verknüpfung funktionaler Aspekte der Fahrzeugtechnik und formaler Aspekte der Designtheorie in einem nutzerzentrierten Ansatz zur Analyse des Gefallens und der visuellen Wahrnehmung.
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Process limits for percussion drilling of stainless steel with ultrashort laser pulses at high average powers
(2022) Brinkmeier, David; Holder, Daniel; Loescher, André; Röcker, Christoph; Förster, Daniel J.; Onuseit, Volkher; Weber, Rudolf; Abdou Ahmed, Marwan; Graf, Thomas
The availability of commercial ultrafast lasers reaching into the kW power level offers promising potential for high-volume manufacturing applications. Exploiting the available average power is challenging due to process limits imposed by particle shielding, ambient atmosphere breakdown, and heat accumulation effects. We experimentally confirm the validity of a simple thermal model, which can be used for the estimation of a critical heat accumulation threshold for percussion drilling of AISI 304 steel. The limits are summarized in a processing map, which provides selection criteria for process parameters and suitable lasers. The results emphasize the need for process parallelization.