Parametric study of precision abrasive machining processes for ultra-precise finishing
| dc.contributor.author | TAIEB , Kahina | |
| dc.contributor.author | BBELKHIR , Nabil Supervisor | |
| dc.contributor.author | BIZARRI , Gregory Co-supervisor | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-22T08:07:37Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description.abstract | This thesis investigates the ultra-precision machining of brittle Bismuth Germanate (BGO) single crystals, a key material in Time-of-Flight Positron Emission Tomography (TOF-PET) detectors. Due to its hardness and low fracture toughness, BGO presents significant challenges during micromachining. A combined experimental and numerical approach was developed. Mechanically prepared BGO samples underwent polishing process, evaluating the effects of abrasive size, pressure, and speed on surface roughness and optical transmittance. A strong link was established between improved surface quality and enhanced light transmission. To model BGO’s cutting behavior, a finite element simulation using the Johnson-Holmquist II (JH-2) model was implemented and validated with micro-milling and drilling experiments. The study analyzed material removal mechanisms, cutting forces, and the brittle-to-ductile transition. The results offer clear guidelines for minimizing machining damage and improving BGO performance in TOF-PET systems. This work contributes to precision manufacturing of brittle materials and supports advancements in medical imaging technologies. | |
| dc.description.sponsorship | Cette thèse porte sur l’usinage ultra-précis du germanate de bismuth (BGO), un cristal monocristallin fragile largement utilisé comme scintillateur dans les détecteurs Time-of-Flight en tomographie par émission de positons (TOF-PET). En raison de sa dureté et de sa faible ténacité à la rupture, le BGO présente d’importants défis en micromécanique. Une approche combinant expérimentations et modélisation numérique a été développée. Des échantillons de BGO ont été préparés mécaniquement, puis soumis à un processus de polissage, en évaluant l’effet de la taille des abrasifs, de la pression et de la vitesse sur la rugosité de surface et la transmission optique. Un lien fort a été établi entre la qualité de surface et l’amélioration de la transmission lumineuse. Le comportement d’usinage du BGO a été modélisé à l’aide d’une simulation par éléments finis basée sur le modèle Johnson-Holmquist II (JH-2), validée par des expériences de micro-fraisage et de micro-perçage. L’étude a permis d’analyser les mécanismes d’enlèvement de matière, les forces de coupe et la transition fragile-ductile. Les résultats offrent des recommandations claires pour limiter les dommages d’usinage et améliorer les performances du BGO dans les systèmes TOF-PET. Ce travail contribue à la fabrication de précision des matériaux fragiles et à l’amélioration des technologies d’imagerie médicale. de précision des matériaux fragiles et à l’amélioration des technologies d’imagerie médicale. | |
| dc.identifier.uri | https://repository.univ-setif.dz/handle/123456789/1212 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Setif 1 University - Ferhat ABBAS , Institute of Optics and Precision Mechanics | |
| dc.subject | ultra-precision machining | |
| dc.subject | Bismuth Germanate (BGO) | |
| dc.subject | surface roughness | |
| dc.subject | optical transmittance | |
| dc.subject | mechanical polishing | |
| dc.subject | scintillator materials | |
| dc.subject | finite element modeling | |
| dc.subject | Time-of-Flight Positron Emission Tomography (TOF-PET) | |
| dc.title | Parametric study of precision abrasive machining processes for ultra-precise finishing | |
| dc.type | Thesis |
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