Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2017-03-14T04:01:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337533.pdf: 3970215 bytes, checksum: 0bdc7c431d68fe7ec66934a761ef3a28 (MD5) Previous issue date: 2015 / O advento dos lasers de pulsos ultracurtos (USP, sigla em inglês para ultrashort pulse) permitiram novas possibilidades na fabricação em micro e nanoescala. Características destes lasers, como alta resolução lateral devido a capacidade de ser precisamente focado em alguns micrometros, baixo calor fornecido à peça e alta flexibilidade são os principais atributos desta ferramenta em processos para estruturação e funcionalização de superfícies. Apesar das vantagens dos lasers de pulsos ultracurtos, suas aplicações são relativamente novas e necessitam desenvolvimento. Demandas crescentes em qualidade e produtividade em ablação a laser criam a necessidade de aplicar sistemas de monitoramento de processos na produção industrial. No campo dos eletrônicos, especialmente, a atual miniaturização dos produtos requer pequenos componentes de alta precisão. A fabricação de placas de circuito impresso por laser requer uma ablação precisa de filmes finos de cobre sobre substrato polimérico, com mínimo dano ao substrato. Com o objetivo de aumentar a confiabilidade do processo para uma completa ablação de cobre, um sistema de monitoramento de alta velocidade, com resolução espacial, baseado em analisadores de espectro óptico com grade de difração é desenvolvido e integrado à máquina de ablação a laser. Na ablação a laser de placas de circuito impresso, a camada de cobre é removida em determinadas regiões pela interação do feixe laser com a peça. Esta interação emite radiação em comprimentos de ondas específicos, de acordo com o material. Para monitorar o processo, o espectro da radiação emitida é observado. Quando o espectro muda para um padrão diferente de comprimentos de onda, considera-se que a camada de cobre foi removida e a camada de polímero interage com o laser. Um sistema óptico capaz de separar o espectro da radiação emitida é montado. Para cumprir as exigências do processo e detectar a emissão, um fotodetector de alta velocidade e alta sensibilidade é utilizado. Informações de posição do sistema de deflexão do feixe (scanner) são incorporadas às informações de emissão do fotodetector e um mapa de emissão é construído. O sistema de monitoramento é capaz de observar a radiação emitida por diferentes materiais. Regiões onde o cobre está presente podem ser bem identificadas. O mapa de emissão se apresenta como um estratégia válida para o monitoramento do processo de ablação a laser.<br> / Abstract : The advent of ultrashort pulse (USP) lasers allowed new possibilities in micro and nanoscale manufacturing. Characteristics of USP lasers, like high lateral resolution due to precise focusability down to a few micrometers, low heat input and high flexibility are main features of laser tools and processes for precision structuring and surface functionalization. Despite the advantages of USP lasers, its applications are relatively new and need further development. Increasing demand on quality and productivity in laser ablation creates the necessity to apply process monitoring systems in industrial manufacturing. In the field of electronics, especially, the ongoing miniaturization of products requires small components with high accuracy. The manufacturing of printed circuit boards (PCBs) by laser demands a precise ablation of thin copper layer on polymeric substrate, with small substrate damage. Aiming to increase the process reliability for a complete ablation of copper, a fast spatially resolved process monitoring system based on diffraction grating optical spectrum analyzers is developed and integrated to the laser ablation machine. In the laser ablation of printed circuit boards, unwanted copper layer is removed by the interaction of the laser beam with the material. This interaction emits radiation in specific wavelengths, according to the material. To monitor the process, the spectrum of the emitted radiation is observed. When the spectrum changes for a different wavelengths pattern, it is considered that the copper layer was completely removed and the polymer layer is interacting with the laser. An optical system able to separate the emitted radiation spectrum is assembled. To fulfill the requirements of the process and to detect the emitted radiation, a high speed and high sensitive photodetector is applied. Position information from the beam deflecting system (scanner) is implemented to the emission information from the photodetector and an emission map is built. The monitoring system based on photodetector is able to detect radiation emitted by different materials. Regions where copper is present can be well identified. The emission map shows to be a valid strategy for laser ablation process monitoring.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T08:38:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 190192.pdf: 2492769 bytes, checksum: a42b0218e2fe8716523bc19c5b407450 (MD5) / A condução de calor transiente em um sólido durante o processo de ablação representa uma área de grande importância tecnológica. Problemas deste tipo são inerentemente não-lineares e envolvem fronteiras móveis não conhecidas a priori. Devido a estes fatores, soluções analíticas exatas para a transferência de calor transiente relativa ao fenômeno ablativo são difíceis de serem obtidas e praticamente inexistentes na literatura. Apenas soluções numéricas e aproximações analíticas são encontradas e necessitam de considerável processamento computacional, mesmo no caso de modelos simplificados. Este trabalho traz como contribuição o desenvolvimento de dois métodos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-23T15:28:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Esse trabalho teve por objetivo a síntese por ablação a laser de nanotubos de carbono a parede simples, junto ao desenvolvimento de caracterização por espectroscopia Raman e de uma metodologia de caracterização de nanopartículas em geral. Na parte introdutória da tese é resumida a escrição das propriedades dos SWNTs. Foram expostos os diferentes métodos de síntese e as aplicações dos nanotubos de carbono, com ênfase na técnica de ablação a laser. Foi então descrito o aparato experimental, montado durante a tese, relacionando o produto de síntese com os parâmetros de processo até obtenção de nanotubos de carbono. Objetivando o desenvolvimento de um processo controlado de síntese, foi iniciado um estudo por simulação computacional do processamento térmico durante a formação e crescimento dos nanotubos. Foram assim verificados alguns aspectos peculiares do aparato experimental, demonstrando a eficiência do sistema. Paralelamente a essa fase experimental, foi iniciado o desenvolvimento de técnicas de caracterização das nanopartículas obtidas, utilizando métodos indiretos, como espectroscopia Raman, espectroscopia óptica, espectrofotometria de absorção, e métodos diretos, como SEM, FEG, AFM e TEM. Foram obtidas as características geométricas e elétricas dos nanotubos, aprimorando a utilização das técnicas de análise e pesquisando o potencial de cada técnica na definição das características dos SWNTs e para aprimorar processos sucessivos à síntese, como a purificação dos nanotubos. Nas considerações finais foi enfatizado o contexto interdisciplinar no estudo de nanomateriais, que requer o envolvimento de todos os departamentos de ciência e engenharia para obter a descrição completa (matemática, física, química e estrutural) dos nanomateriais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T18:04:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327139.pdf: 25762384 bytes, checksum: 97133a81e0db14f14ee809d8c81c8d4d (MD5) Previous issue date: 2014 / Abstract : The use of advanced ceramics has been limited by the high machining costs, with grinding and polishing accounting for 50-80% of the final product's total cost; and the inability of achieving satisfactory dimensional control and surface quality. Laser ablative processes are an alternative, considering the absence of wear-subjected tools and the possibility of very fine material removal. Although the research on laser ablation is a current topic of interest, with growing number of publications year after year, it's been focusing mainly on ultra-short pulses (in the order of pico- and femtoseconds), while the research on the low-cost and low-energy-consuming nanosecond regime (> 100 ns) is relatively scarce, specially for ceramics. This process outcomes are still difficult to predict, due to the many simultaneous and self-interacting physical processes that take place in a relatively short time. In this study, an experimental analysis has been carried out for a three-dimensional machining process with a 120 ns pulsed ytterbium fibre-laser on dense Al2O3 samples, initially through design of experiments, and later trough a step-by-step optimization procedure, evaluating ablation rate and resulting roughness. Then, surface morphology and fracture strength were evaluated for two of the "optimized" parameters sets. A very well-defined difference in removal rate and resulting surface topographies was observed, suggesting a threshold point between distinct ablation mechanisms. One of the combinations gave rise to interesting features of straight, angled shock-waves around melt pits. The fracture strength for both regimes also differed significantly, with a clear increase (121,6% e 163,5%) of the Weibull modulus combined with a decrease of the characteristic stress, compared to the non-ablated samples.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-04-24Bitstream added on 2014-06-13T19:50:37Z : No. of bitstreams: 1 gomes_faa_me_ilha.pdf: 1304340 bytes, checksum: 93a9b85b39e238ee85d2a3ae10503b07 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O fenômeno da ablação é um processo que envolve o estudo de proteções térmicas, com muitas aplicações, principalmente na engenharia mecânica e aeroespacial. O processo envolve transferência de calor com movimento de fronteira, onde a posição é desconhecida a priori. As equações governantes do processo formam um sistema não-linear de equações diferenciais acoplado. A análise unidimensional do processo ablativo é realizada em um corpo de revolução, o qual está sobre intenso aquecimento. Esse problema é resolvido utilizando a Técnica da Transformada Integral Generalizada – TTIG, para solução do sistema de equações governantes. Como condição de contorno é considerada um fluxo de calor transiente no contorno, como por exemplo, o que ocorre com veículos na reentrada da atmosfera. A teoria do fluxo de calor de Tauber e de Van Driest é utilizada nessa análise. Os resultados de interesse são, a espessura e a taxa de material ablatado. Os resultados obtidos são comparados com resultados disponíveis de outras técnicas de solução em literaturas. / The phenomenon of ablation is a process of thermal protection with several applications, mainly, in mechanical and aerospace engineering. This process involves heat transfer with a moving boundary which position is unknown a priori. The governing equations of the process are a non-linear system of coupled partial differential equations. The onedimensional analysis of ablative process has been done in a revolution body, which is on intense heating. This problem is performed by using the generalized integral transform technique – GITT for solution of the system of governing equations. As boundary condition is considered a transient heat flux like ones that occur, for example, in re-entrance of aerospace vehicles in the atmosphere. The heat flux theory of Tauber and Van Driest were used in that analysis. The results of interest are the thickness and the rate of loss of the ablative material. The obtained results are compared with available results of other techniques of solution in the literature.

Resumo: O fenômeno da ablação é um processo que envolve o estudo de proteções térmicas, com muitas aplicações, principalmente na engenharia mecânica e aeroespacial. O processo envolve transferência de calor com movimento de fronteira, onde a posição é desconhecida a priori. As equações governantes do processo formam um sistema não-linear de equações diferenciais acoplado. A análise unidimensional do processo ablativo é realizada em um corpo de revolução, o qual está sobre intenso aquecimento. Esse problema é resolvido utilizando a Técnica da Transformada Integral Generalizada - TTIG, para solução do sistema de equações governantes. Como condição de contorno é considerada um fluxo de calor transiente no contorno, como por exemplo, o que ocorre com veículos na reentrada da atmosfera. A teoria do fluxo de calor de Tauber e de Van Driest é utilizada nessa análise. Os resultados de interesse são, a espessura e a taxa de material ablatado. Os resultados obtidos são comparados com resultados disponíveis de outras técnicas de solução em literaturas. / Abstract: The phenomenon of ablation is a process of thermal protection with several applications, mainly, in mechanical and aerospace engineering. This process involves heat transfer with a moving boundary which position is unknown a priori. The governing equations of the process are a non-linear system of coupled partial differential equations. The onedimensional analysis of ablative process has been done in a revolution body, which is on intense heating. This problem is performed by using the generalized integral transform technique - GITT for solution of the system of governing equations. As boundary condition is considered a transient heat flux like ones that occur, for example, in re-entrance of aerospace vehicles in the atmosphere. The heat flux theory of Tauber and Van Driest were used in that analysis. The results of interest are the thickness and the rate of loss of the ablative material. The obtained results are compared with available results of other techniques of solution in the literature. / Orientador: João Batista Campos Silva / Coorientador: Antonio João Diniz / Banca: Cássio Roberto Macedo Maia / Banca: Paulo Gilberto de Paula Toro / Mestre