جریان سیال: سطح نوری صاف در چند دقیقه

اجزای نوری بسیار دقیق به سطوحی بدون لک نیاز دارند که اغلب با فرآیندهای ماشینکاری که این اجزا را آسیاب می‌کنند نمی‌توان به آن دست یافت. پولیش جت سیال (FJP) یک فناوری جدید است که توسط Zeeko Ltd برای جایگزینی پولیش دستی که اغلب مورد نیاز بود، توسعه یافته است. با کمک COMSOL، Zeeko توانست محصولی بسازد که به جای یک روز کامل و بدون شکل موج، اجزای نوری را تنها در ده دقیقه صیقل می دهد.

جت پولیش: روشی کارآمدتر برای صاف کردن سطح نوری

تلسکوپ های فضایی، مفاصل ارتوپدی و دوربین های دیجیتال چه وجه مشترکی دارند؟ همه آنها محصولاتی هستند که به تعدادی فرآیند دقیق از جمله آسیاب، آسیاب، پرداخت و تکمیل نیاز دارند. این محصولات باید سطحی کاملاً صاف داشته باشند و در برخی موارد لک هایی به اندازه چند نانومتر نیز قابل قبول باشد. تا به حال، یک فرآیند پر زحمت برای تکمیل با دست مورد نیاز بوده است. Zeeko Ltdشرکتی است که به دنبال بهبود این فرآیند با استفاده از جت پولیش مایع است. در طول FJP، مخلوطی از آب و ذرات ساینده، به نام دوغاب، از طریق یک نازل روی قطعه کار پمپ می شود. این فناوری مزایای زیادی دارد، اما به دلیل یک عامل قابل توجه نمی توان از آن به طور کامل استفاده کرد: FJP پوششی با الگوهای شکل موج قابل توجهی اعمال کرد که عملکرد دستگاه های نوری را کاهش داد. این سیستم نیاز داشت که اندازه این الگوها را از بیش از 10 نانومتر به حداکثر 1 نانومتر برش دهد.

مدلسازی چند فازی

برای حل این مشکل، دکتر آنتونی بوکامپ، از Zeeko، به COMSOL Multiphysics روی آورد. او می خواست رابط مایع-هوا را شبیه سازی کند و ذرات ساینده منفرد را ردیابی کند. ابتدا، با استفاده از مدل جریان آشفته k-ω همراه با روش‌های تنظیم سطح و میدان فاز در ماژول CFD، او مجموعه‌ای از عکس‌های فوری تولید کرد که دوغاب را که از نازل جاری می‌شود، به سطح برخورد می‌کند و سپس دور می‌شود (شکل زیر) .

عکس های فوری شبیه سازی: دوغاب (قرمز)، هوا (آبی) و خطوط جریان (سفید).

پس از آن، او از ماژول ردیابی ذرات برای در نظر گرفتن نیروهایی مانند کشش روی ذرات تکی در دوغاب استفاده کرد. با استفاده از نتایج حاصل از این دو مدل، دکتر Beaucamp اثراتی را که یک پمپ تغذیه بر روی سیستم تحمیل می کند، شبیه سازی کرد. این تغییرات کوچک در فشار سیال ناشی از پمپ است که موجی را ایجاد می کند. او سپس یک حلقه کنترل بازخورد را اضافه کرد و توانست ثبات فشار را به سیستم اضافه کند، تفاوت بین خطوط آبی و قرمز را در نمودار زیر ببینید.

ثبات فشار با (منحنی قرمز) و بدون (منحنی آبی) یک حلقه بازخورد.

مدل سازی چند فیزیک به Zeeko در صرفه جویی در زمان شرکت های تولیدی کمک می کند

نتایج مدل برای محاسبه شرایط بهینه برای سیستم تحویل دوغاب مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که موج از 12.5 نانومتر به 1.2 نانومتر کاهش یافته است که نشان دهنده موفقیت و پیشرفت برای توسعه تجهیزات است. شرکت های تولیدی اکنون از فناوری Zeeko برای تکمیل محصولات خود استفاده می کنند، فرآیندی که به جای یک روز کامل ده دقیقه طول می کشد.

داستان کامل را در COMSOL News 2012 دریافت کنید .