Kürzer als ein Augenblick - Simulation von Femtosekundenlasern in der Materialbearbeitung

Die Schüler sollen das im Einsatz befindlichen Open Source Software-Paket Openfoam (C++)kennenlernen, das vorrangig in der Strömungsmechanik verwendet wird. Dieses Programmpaket wurde wesentlich modifiziert und erweitert, um damit auch die Wechselwirkung von Laserstrahlung mit Materie simulieren zu können.

Damit ist es möglich Vorgänge beim Laserstrahlschweißen, beim Laserschneiden oder auch beim Abtragen mit Laserstrahlung zu simulieren. Im Simulationsprogramm wird die Physik der Materialbearbeitung (Phasenumwandlung, Benetzung, Fluiddynamik, Strahlausbreitung usw.) eingesetzt und das Programm liefert beispielsweise Temperaturfelder, Geschwindigkeitsvektoren für jedes Element für jeden Zeitschritt.

Da die Zeitschritte sehr klein gewählt werden müssen, fallen pro Zeitschritt eine Unmenge an Daten an - Text-Files mit einer Liste von Zahlen im ASCII-Format. Diese Datenmengen stellen eine Einschränkung dar und wir würden gerne diese Einschränkung überwinden. Die Schüler sollen einen Kompressionsalgorithmus entwickeln, um diese Datenmengen durch geschickte Kompression unter Berücksichtigung der Redundanz zu reduzieren und damit die Ergebnisse kompakter zu gestalten.

Die zu entwickelnden Routinen sollen in die eigentliche Berechnugssoftware integriert werden. Die Schüler sollen diese Aufgabe im Rahmen einer Projektarbeit im Fach Systemplanung und Projektentwicklung im 4. und 5. Jahrgang eigenverantwortlich durchführen sowie die Ergebnisse und theoretischen Ausführungen in der, im 5. Jahrgang zu verfassenden, Diplomarbeit zusammenfassen.

Die Kooperationspartner der Technische Universität Wien Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik Lehrstuhl für Lasergestützte Fertigung erklären sich bereit im Zuge eines Workshops die Grundzüge der Simulation den Schüler näher bringen. Weiters sollen die Schüler mit den Forschungsarbeiten rund um das Thema vertraut gemacht werden.

Die Schüler sollen über das schulische Wissen hinausgehend zum Thema Informationstheorie und Kompressionsalgorithmen Wissen aufbauen.

Beteiligte Unterrichtsfächer:

DBI . Datenbanken und Informationssysteme

SYP – Systemplanung und Projektentwicklung

AM – angewandte Mathematik

NW – Naturwissenschaften

POS – Programmieren und Software Engineering

Kontaktdaten des wissenschaftlichen Partners:

Dipl.-Ing. Holger Koch
Technische Universität Wien
Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik
Lehrstuhl für Lasergestützte Fertigung
Gußhausstraße 30
1040 Vienna
AUSTRIA