Modelling and experimental validation of ultrasonic embossing process
Ultrasonik kabartma işleminin modellenmesi ve deneysel doğrulanması
- Tez No: 973616
- Danışmanlar: Assoc. Prof. Dr. ENDER YILDIRIM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Ultrasonik kabartma, polimer yüzeylerde ince özelliklerin çevrim süresi ve enerji tüketimi azaltılarak kopyalanması için umut vadeden bir mikrofabrikasyon tekniğidir. Bu çalışma, ultrasonik kabartma işleminin sonlu elemanlar modellemesini ve deneysel incelemesini sunmaktadır. Polimetil metakrilat (PMMA) yüzeylerin kabartması sırasında titreşim, basınç, ısı üretimi ve polimer akışının birleşik etkilerini simüle etmek için Abaqus CAE'de kapsamlı bir çoklu fizik sonlu elemanlar modeli geliştirilmiştir. PMMA'da 1000 µm genişliğindeki kanalların kopyalanması, 3 bar statik basınç ve 30 kHz titreşimli horn frekansı altında modellenmiştir. Model, işlemin birleşik termo-mekanik etkilerini yakalarken özellik kopyalama doğruluğunu tahmin etmek için sıcaklığa bağlı malzeme özelliklerini ve gerçekçi işlem sınır koşullarını birleştirmiştir. Sonuçlar, kanal kesitlerinin görüntü işleme ve termal görüntüleme yoluyla deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Profil türevleri arasındaki 0,75'lik çapraz korelasyon değeri, kalıp boyutlarındaki belirsizlikler nedeniyle bazı uyumsuzluklar devam etse de kanal profilleri arasında iyi bir uyum olduğunu göstermektedir. Alt tabaka-kalıp ara yüzeyindeki son sıcaklık, deneylerde 201 °C'ye, modelde ise 213 °C'ye ulaşarak 12 °C'lik bir sıcaklık farkı oluşturdu. Bu fark, termal kameranın görüntü alma limitlerinden, PMMA'nın termal özelliklerindeki belirsizliklerden, arayüz sürtünmesinden, basitleştirilmiş sınır koşullarından ve emisivite değişimlerinden kaynaklanmaktadır. Modelin doğruluğu, mevcut literatürdeki prosesten etkilenen bölge (PAZ) verileriyle karşılaştırılarak da doğrulanmıştır. Kesitsel ve termal görüntüler, simülasyon tahminleriyle güçlü bir uyum göstererek, modelin kabartma sırasında polimerin termo-mekanik davranışını yakalama yeteneğini doğrulamıştır.
Özet (Çeviri)
Ultrasonic embossing is a promising microfabrication technique to replicate fine features on polymer substrates with reduced cycle time and energy consumption. This study presents a finite element modelling and experimental investigation of the ultrasonic embossing process. A comprehensive multiphysics finite element model was developed in Abaqus CAE to simulate the coupled effects of vibration, pressure, heat generation, and polymer flow during embossing of polymethyl methacrylate (PMMA) substrates. Replication of 1000 µm wide channels in PMMA was modelled under a static pressure of 3 bar and a vibrating horn frequency of 30 kHz. The model incorporated temperature-dependent material properties and realistic process boundary conditions to predict feature replication accuracy while capturing the coupled thermo-mechanical effects of the process. The results were compared to experimental results via image processing of channel cross sections and thermal imaging. A cross-correlation value of 0.75 between the profile derivatives indicates good agreement between the channel profiles, although some mismatch remains due to uncertainties in mold dimensions. The final temperature at the substrate-mold interface reached 201 °C in experiments and 213 °C in the model, giving a temperature difference of 12 °C. This difference arises from the thermal camera's acquisition limits, uncertainties in PMMA's thermal properties, interfacial friction, simplified boundary conditions, and emissivity variations. The accuracy of the model was also verified by comparing the process affected zone (PAZ) from the existing literature. Cross-sectional and thermal images showed strong agreement with simulation predictions, confirming the model's capability to capture the thermo-mechanical behavior of the polymer during embossing.
Benzer Tezler
- Rulmanlarda sürünme riskinin deneysel olarak incelenmesi ve rulman tasarım parametrelerinin sürünme üzerine etkisinin analizi
Experimental investigation of creep risk on bearings and analysis of bearing design parameters for creep
AHMET HAKAN BOZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN TAHA ŞEN
- Bitkisel ürünlerden polisakkarit ekstraksiyonunda ultrason kullanımının optimizasyonu
Optimization of ultrasound assisted extraction of polysaccharides from plant waste material
TUNCAY YILMAZ
Doktora
Türkçe
2015
Gıda MühendisliğiCelal Bayar ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEBNEM TAVMAN
- Modeling and characterization of capacitive micromachined ultrasonic transducers
Kapasitif mikro-işlenmiş ultrasonik çeviricilerin modellenmesi ve karakterizasyonu
AYHAN BOZKURT
Doktora
İngilizce
2000
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiPROF.DR. ABDULLAH ATALAR
- Durağan olmayan sesötesi doppler işaretlerinin zamana bağımlı adaptif parametrik modeller ile modellenmesi
Time dependet adaptive parametric modeling of nonstationary ultrasonic doppler signals
MEHMET EMİN YÜKSEL
- Tiroid nodülü malignite riskinin çizge sinir ağları ile ilişkisel modellenmesi
Relational modeling of thyroid nodule malignancy risk using graph neural networks
MEHMET YAVUZ
Doktora
Türkçe
2026
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEJAT YUMUŞAK