Målet med dette arbeidet er å utvikle en automatisert laserbehandlingsprosess med høy dimensjonsnøyaktighet og forhåndsbestemte prosesskostnader.Dette arbeidet inkluderer analyse av størrelses- og kostnadsprediksjonsmodeller for laserfabrikasjon av interne Nd:YVO4-mikrokanaler i PMMA og intern laserbehandling av polykarbonat for fremstilling av mikrofluidiske enheter.For å nå disse prosjektmålene sammenlignet ANN og DoE størrelsen og kostnadene for CO2- og Nd:YVO4-lasersystemer.En komplett implementering av tilbakemeldingskontroll med submikron nøyaktighet av lineær posisjonering med tilbakemelding fra koderen er implementert.Spesielt er automatisering av laserstråling og prøveposisjonering kontrollert av FPGA.Inngående kjennskap til Nd:YVO4-systemets driftsprosedyrer og programvare tillot kontrollenheten å bli erstattet med en Compact-Rio Programmerbar automatiseringskontroller (PAC), som ble oppnådd i High Resolution Feedback 3D Positioning-trinnet til LabVIEW Code Control Submicron Encoders .Full automatisering av denne prosessen i LabVIEW-kode er under utvikling.Nåværende og fremtidig arbeid inkluderer målinger av dimensjonsnøyaktighet, presisjon og reproduserbarhet av designsystemer, og relatert optimalisering av mikrokanalgeometri for mikrofluidisk og laboratorieenhet-på-en-brikke-fabrikasjon for kjemiske/analytiske applikasjoner og separasjonsvitenskap.
Tallrike anvendelser av støpte halvharde metalldeler (SSM) krever utmerkede mekaniske egenskaper.Enestående mekaniske egenskaper som slitestyrke, høy styrke og stivhet avhenger av mikrostrukturegenskapene som skapes av den ultrafine kornstørrelsen.Denne kornstørrelsen avhenger vanligvis av den optimale bearbeidbarheten til SSM.Imidlertid inneholder SSM-støpegods ofte gjenværende porøsitet, noe som er ekstremt skadelig for ytelsen.I dette arbeidet vil de viktige prosessene med å støpe halvharde metaller for å oppnå deler av høyere kvalitet bli utforsket.Disse delene bør ha redusert porøsitet og forbedrede mikrostrukturelle egenskaper, inkludert ultrafin kornstørrelse og jevn fordeling av herdende utfellinger og legeringsmikroelementsammensetning.Spesielt vil påvirkningen av tid-temperatur forbehandlingsmetoden på utviklingen av ønsket mikrostruktur analyseres.Egenskaper som følge av forbedringen i masse, som økning i styrke, hardhet og stivhet, vil bli undersøkt.
Dette arbeidet er en studie av lasermodifisering av overflaten til H13 verktøystål ved bruk av en pulserende laserbehandlingsmodus.Den innledende eksperimentelle screeningplanen som ble utført resulterte i en mer optimalisert detaljplan.En karbondioksid (CO2) laser med en bølgelengde på 10,6 µm brukes.I den eksperimentelle planen for studien ble laserflekker av tre forskjellige størrelser brukt: 0,4, 0,2 og 0,09 mm i diameter.Andre kontrollerbare parametere er lasertoppeffekt, pulsrepetisjonshastighet og pulsoverlapping.Argongass ved et trykk på 0,1 MPa hjelper konstant laserprosessering.Prøve H13 ble gjort ru og kjemisk etset før prosessering for å øke overflateabsorpsjonsevnen ved CO2-laserbølgelengden.Laserbehandlede prøver ble forberedt for metallografiske studier og deres fysiske og mekaniske egenskaper ble karakterisert.Metallografiske studier og analyser av den kjemiske sammensetningen ble utført ved bruk av skanningelektronmikroskopi i kombinasjon med energidispersiv røntgenspektrometri.Krystallinitet og fasedeteksjon av den modifiserte overflaten ble utført ved bruk av et XRD-system med Cu Ka-stråling og en bølgelengde på 1,54 Å.Overflateprofilen måles ved hjelp av et stylus-profileringssystem.Hardhetsegenskapene til de modifiserte overflatene ble målt ved Vickers diamantmikroinnrykk.Påvirkningen av overflateruhet på utmattelsesegenskapene til de modifiserte overflatene ble studert ved bruk av et spesialprodusert termisk utmattingssystem.Det er observert at det er mulig å oppnå modifiserte overflatekorn med ultrafine størrelser på mindre enn 500 nm.Forbedret overflatedybde i området 35 til 150 µm ble oppnådd på laserbehandlede H13-prøver.Krystalliniteten til den modifiserte H13-overflaten er betydelig redusert, noe som er assosiert med en tilfeldig fordeling av krystallitter etter laserbehandling.Minste korrigerte gjennomsnittlige overflateruhet for H13 Ra er 1,9 µm.En annen viktig oppdagelse er at hardheten til den modifiserte H13-overflaten varierer fra 728 til 905 HV0.1 ved forskjellige laserinnstillinger.Et forhold mellom termiske simuleringsresultater (oppvarmings- og kjølehastigheter) og hardhetsresultater ble etablert for ytterligere å forstå effekten av laserparametere.Disse resultatene er viktige for utviklingen av overflateherdingsmetoder for å forbedre slitestyrken og varmeskjermende belegg.
Parametriske slagegenskaper for solide sportsballer for å utvikle typiske kjerner for GAA-sliotar
Hovedmålet med denne studien er å karakterisere den dynamiske oppførselen til sliotarkjernen ved støt.De viskoelastiske egenskapene til ballen ble utført for en rekke slaghastigheter.Moderne polymerkuler er følsomme for tøyningshastighet, mens tradisjonelle flerkomponentsfærer er tøyningsavhengige.Den ikke-lineære viskoelastiske responsen er definert av to stivhetsverdier: initial stivhet og bulkstivhet.Tradisjonelle baller er 2,5 ganger stivere enn moderne baller, avhengig av hastighet.Den raskere økningen i stivhet av konvensjonelle kuler resulterer i en mer ikke-lineær COR versus hastighet sammenlignet med moderne kuler.De dynamiske stivhetsresultatene viser begrenset anvendelighet av kvasi-statiske tester og fjærteoretiske ligninger.En analyse av oppførselen til sfærisk deformasjon viser at forskyvningen av tyngdepunktet og diametral kompresjon ikke er konsistente for alle typer kuler.Gjennom omfattende prototyping-eksperimenter ble effekten av produksjonsforhold på ballytelse undersøkt.Produksjonsparametrene temperatur, trykk og materialsammensetning varierte for å produsere en rekke kuler.Hardheten til polymeren påvirker stivheten, men ikke energispredningen, øker stivheten øker stivheten til ballen.Kjernedannende tilsetningsstoffer påvirker reaktiviteten til ballen, en økning i mengden av tilsetningsstoffer fører til en reduksjon i reaktiviteten til ballen, men denne effekten er følsom for polymerkvaliteten.Numerisk analyse ble utført ved å bruke tre matematiske modeller for å simulere ballens respons på støt.Den første modellen viste seg å være i stand til å reprodusere ballens oppførsel kun i begrenset grad, selv om den tidligere hadde vært vellykket brukt på andre typer baller.Den andre modellen viste en rimelig representasjon av ballstøtrespons som var generelt anvendelig for alle balltyper som ble testet, men prediksjonsnøyaktigheten for kraft-forskyvningsrespons var ikke så høy som ville være nødvendig for implementering i stor skala.Den tredje modellen viste betydelig bedre nøyaktighet ved simulering av ballrespons.Kraftverdiene generert av modellen for denne modellen er 95 % i samsvar med de eksperimentelle dataene.
Dette arbeidet oppnådde to hovedmål.Den ene er design og produksjon av et kapillærviskosimeter med høy temperatur, og det andre er halvfast metallstrømningssimulering for å hjelpe til med design og gi data for sammenligningsformål.Et kapillærviskosimeter med høy temperatur ble bygget og brukt til innledende testing.Enheten skal brukes til å måle viskositeten til halvharde metaller under forhold med høye temperaturer og skjærhastigheter som ligner på de som brukes i industrien.Kapillærviskosimeteret er et enkeltpunktsystem som kan beregne viskositet ved å måle strømningen og trykkfallet over kapillæren, siden viskositeten er direkte proporsjonal med trykkfallet og omvendt proporsjonal med strømningen.Designkriterier inkluderer krav til godt kontrollerte temperaturer opp til 800ºC, injeksjonsskjærhastigheter over 10 000 s-1 og kontrollerte injeksjonsprofiler.En todimensjonal to-fase teoretisk tidsavhengig modell ble utviklet ved å bruke FLUENT-programvaren for beregningsvæskedynamikk (CFD).Dette har blitt brukt til å evaluere viskositeten til halvfaste metaller når de passerer gjennom et designet kapillærviskosimeter ved injeksjonshastigheter på 0,075, 0,5 og 1 m/s.Effekten av en fraksjon av metalliske faststoffer (fs) fra 0,25 til 0,50 ble også undersøkt.For kraftlovens viskositetsligning som ble brukt til å utvikle Fluent-modellen, ble det notert en sterk korrelasjon mellom disse parameterne og den resulterende viskositeten.
Denne artikkelen undersøker effekten av prosessparametere på produksjonen av Al-SiC metallmatrisekompositter (MMC) i en batch-komposteringsprosess.Prosessparametere som ble studert inkluderte rørehastighet, røretid, rørergeometri, røreposisjon, metallisk væsketemperatur (viskositet).Visuelle simuleringer ble utført ved romtemperatur (25±C), datasimuleringer og verifikasjonstester for produksjon av MMC Al-SiC.I visuelle og datasimuleringer ble vann og glyserin/vann brukt for å representere henholdsvis flytende og halvfast aluminium.Effektene av viskositeter på 1, 300, 500, 800 og 1000 mPa s og rørehastigheter på 50, 100, 150, 200, 250 og 300 rpm ble undersøkt.10 ruller pr stk.% forsterkede SiC-partikler, lik de som brukes i aluminium MMK, ble brukt i visualisering og beregningstester.Avbildningstester ble utført i klare glassbeger.Beregningssimuleringer ble utført ved bruk av Fluent (CFD-program) og den valgfrie MixSim-pakken.Dette inkluderer 2D aksesymmetrisk flerfasetidsavhengig simulering av produksjonsruter ved bruk av Eulerian (granulær) modell.Avhengigheten av partikkelspredningstid, sedimenteringstid og virvelhøyde på blandegeometrien og røremaskinens rotasjonshastighet er etablert.For en rører med °at-årer har en padlevinkel på 60 grader vist seg å være bedre egnet for raskt å oppnå en jevn spredning av partikler.Som et resultat av disse testene ble det funnet at for å oppnå en jevn fordeling av SiC, var rørehastigheten 150 rpm for vann-SiC-systemet og 300 rpm for glyserol/vann-SiC-systemet.Det ble funnet at økning av viskositeten fra 1 mPa·s (for flytende metall) til 300 mPa·s (for halvfast metall) hadde en enorm innvirkning på spredningen og avsetningstiden for SiC.En ytterligere økning fra 300 mPa·s til 1000 mPa·s har imidlertid liten effekt på denne tiden.En betydelig del av dette arbeidet inkluderte design, konstruksjon og validering av en dedikert hurtigherdende støpemaskin for denne høytemperaturbehandlingsmetoden.Maskinen består av en rører med fire flate blader i en vinkel på 60 grader og en digel i et ovnskammer med resistiv oppvarming.Installasjonen inkluderer en aktuator som raskt slukker den behandlede blandingen.Dette utstyret brukes til produksjon av Al-SiC komposittmaterialer.Generelt ble det funnet god overensstemmelse mellom visualisering, beregning og eksperimentelle testresultater.
Det er mange forskjellige raske prototyping (RP) teknikker som har blitt utviklet for storskala bruk hovedsakelig i det siste tiåret.Raske prototypesystemer som er kommersielt tilgjengelige i dag, bruker en rekke teknologier som bruker papir, voks, lysherdende harpikser, polymerer og nye metallpulvere.Prosjektet inkluderte en rask prototyping-metode, Fused Deposition Modeling, først kommersialisert i 1991. I dette arbeidet ble en ny versjon av systemet for modellering ved overflatebehandling med voks utviklet og brukt.Dette prosjektet beskriver den grunnleggende utformingen av systemet og voksavsetningsmetoden.FDM-maskiner lager deler ved å ekstrudere halvsmeltet materiale på en plattform i et forhåndsbestemt mønster gjennom oppvarmede dyser.Ekstrusjonsdysen er montert på et XY-bord styrt av et datasystem.I kombinasjon med automatisk kontroll av stempelmekanismen og posisjonen til innskyteren produseres nøyaktige modeller.Enkeltlag med voks stables oppå hverandre for å lage 2D- og 3D-objekter.Egenskapene til voksen er også analysert for å optimalisere produksjonsprosessen til modellene.Disse inkluderer faseovergangstemperaturen til voksen, viskositeten til voksen og formen på voksdråpen under bearbeiding.
I løpet av de siste fem årene har forskerteam ved City University Dublin Division Science Cluster utviklet to lasermikromaskineringsprosesser som kan lage kanaler og voksler med reproduserbar oppløsning i mikronskala.Fokuset i dette arbeidet er på bruk av tilpassede materialer for å isolere målbiomolekyler.Foreløpig arbeid viser at nye morfologier av kapillærblanding og overflatekanaler kan skapes for å forbedre separasjonsevnen.Dette arbeidet vil fokusere på bruken av tilgjengelige mikrobearbeidingsverktøy for å designe overflategeometrier og kanaler som vil gi forbedret separasjon og karakterisering av biologiske systemer.Anvendelsen av disse systemene vil følge lab-on-a-chip-tilnærmingen for biodiagnostiske formål.Enheter laget ved hjelp av denne utviklede teknologien vil bli brukt i det mikrofluidiske laboratoriet til prosjektet på en brikke.Målet med prosjektet er å bruke eksperimentell design, optimalisering og simuleringsteknikker for å gi et direkte forhold mellom laserbehandlingsparametere og mikro- og nanoskala kanalkarakteristikk, og å bruke denne informasjonen til å forbedre separasjonskanaler i disse mikroteknologiene.Spesifikke resultater fra arbeidet inkluderer: kanaldesign og overflatemorfologi for å forbedre separasjonsvitenskapen;monolitiske stadier av pumping og utvinning i integrerte sjetonger;separasjon av utvalgte og ekstraherte målbiomolekyler på integrerte brikker.
Generering og kontroll av temporale temperaturgradienter og langsgående profiler langs kapillære LC-kolonner ved bruk av Peltier-matriser og infrarød termografi
En ny direktekontaktplattform for nøyaktig temperaturkontroll av kapillærsøyler er utviklet basert på bruk av serieordnede individuelt kontrollerte termoelektriske Peltier-celler.Plattformen gir rask temperaturkontroll for kapillær- og mikro-LC-kolonner og tillater samtidig programmering av temporale og romlige temperaturer.Plattformen opererer over et temperaturområde på 15 til 200 °C med en rampehastighet på omtrent 400 °C/min for hver av de 10 justerte Peltier-cellene.Systemet har blitt evaluert for flere ikke-standard kapillærbaserte målemoduser, for eksempel direkte påføring av temperaturgradienter med lineære og ikke-lineære profiler, inkludert statiske kolonnetemperaturgradienter og temporale temperaturgradienter, presise temperaturkontrollerte gradienter, polymerisert kapillær monolittisk stasjonære faser, og fabrikasjon av monolittiske faser i mikrofluidkanaler (på en chip).Instrumentet kan brukes med standard- og kolonnekromatografisystemer.
Elektrohydrodynamisk fokusering i en todimensjonal plan mikrofluidisk enhet for forhåndskonsentrasjon av små analytter
Dette arbeidet inkluderer elektrohydrodynamisk fokusering (EHDF) og fotonoverføring for å hjelpe i utviklingen av pre-anriking og artsidentifikasjon.EHDF er en ionebalansert fokuseringsmetode basert på å etablere en balanse mellom hydrodynamiske og elektriske krefter, der ionene av interesse blir stasjonære.Denne studien presenterer en ny metode som bruker en 2D åpen 2D flat plass plan mikrofluidisk enhet i stedet for det konvensjonelle mikrokanalsystemet.Slike enheter kan forhåndskonsentrere store mengder stoffer og er relativt enkle å produsere.Denne studien presenterer resultatene av en nyutviklet simulering med COMSOL Multiphysics® 3.5a.Resultatene av disse modellene ble sammenlignet med eksperimentelle resultater for å teste de identifiserte strømningsgeometriene og områdene med høy konsentrasjon.Den utviklede numeriske mikrofluidmodellen ble sammenlignet med tidligere publiserte eksperimenter og resultatene var svært konsistente.Basert på disse simuleringene ble det forsket på en ny type skip for å gi optimale forhold for EHDF.Eksperimentelle resultater ved bruk av brikken overgikk ytelsen til modellen.I de fremstilte mikrofluidiske brikkene ble en ny modus observert, kalt lateral EGDP, når stoffet som ble undersøkt ble fokusert vinkelrett på den påførte spenningen.Fordi deteksjon og avbildning er nøkkelaspekter ved slike forhåndsanrikings- og artsidentifikasjonssystemer.Numeriske modeller og eksperimentell verifikasjon av lysutbredelse og lysintensitetsfordeling i todimensjonale mikrofluidsystemer presenteres.Den utviklede numeriske modellen for lysutbredelse ble vellykket verifisert eksperimentelt både når det gjelder den faktiske lysbanen gjennom systemet og når det gjelder intensitetsfordeling, noe som ga resultater som kan være av interesse for å optimalisere fotopolymeriseringssystemer, så vel som for optiske deteksjonssystemer ved hjelp av kapillærer..
Avhengig av geometrien kan mikrostrukturer brukes i telekommunikasjon, mikrofluidikk, mikrosensorer, datavarehus, glassskjæring og dekorativ merking.I dette arbeidet ble forholdet mellom innstillingene til parametrene til Nd:YVO4- og CO2-lasersystemet og størrelsen og morfologien til mikrostrukturer undersøkt.De studerte parameterne til lasersystemet inkluderer effekt P, pulsrepetisjonshastighet PRF, antall pulser N og skannehastighet U. Målte utgangsdimensjoner inkluderer ekvivalente voxel-diametre så vel som mikrokanalbredde, dybde og overflateruhet.Et 3D-mikrobearbeidingssystem ble utviklet ved bruk av en Nd:YVO4-laser (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) for å fremstille mikrostrukturer inne i polykarbonatprøver.Mikrostrukturelle voksler har en diameter på 48 til 181 µm.Systemet gir også presis fokusering ved å bruke mikroskopobjektiver for å lage mindre voksler i området 5 til 10 µm i soda-lime glass, smeltet silika og safir prøver.En CO2-laser (1,5 kW, 10,6 µm, minimum pulsvarighet 26 µs) ble brukt til å lage mikrokanaler i soda-kalkglassprøvene.Tverrsnittsformen til mikrokanalene varierte mye mellom v-riller, u-riller og overfladiske ablasjonssteder.Størrelsene på mikrokanaler varierer også sterkt: fra 81 til 365 µm brede, fra 3 til 379 µm i dybden, og overflateruhet fra 2 til 13 µm, avhengig av installasjonen.Mikrokanalstørrelser ble undersøkt i henhold til laserbehandlingsparametere ved bruk av responsoverflatemetodikk (RSM) og design av eksperimenter (DOE).De innsamlede resultatene ble brukt til å studere effekten av prosessparametere på volumetrisk og masseablasjonshastighet.I tillegg er det utviklet en matematisk modell for termisk prosess for å hjelpe til med å forstå prosessen og la kanaltopologien forutsies før faktisk fabrikasjon.
Metrologiindustrien leter alltid etter nye måter å nøyaktig og raskt utforske og digitalisere overflatetopografi, inkludert beregning av overflateruhetsparametere og opprettelse av punktskyer (sett med tredimensjonale punkter som beskriver en eller flere overflater) for modellering eller omvendt utvikling.systemer eksisterer, og optiske systemer har vokst i popularitet det siste tiåret, men de fleste optiske profiler er dyre å kjøpe og vedlikeholde.Avhengig av type system, kan optiske profiler også være vanskelige å designe, og deres skjørhet er kanskje ikke egnet for de fleste butikk- eller fabrikkapplikasjoner.Dette prosjektet dekker utviklingen av en profiler som bruker prinsippene for optisk triangulering.Det utviklede systemet har et skannebordareal på 200 x 120 mm og et vertikalt måleområde på 5 mm.Posisjonen til lasersensoren over måloverflaten er også justerbar med 15 mm.Det ble utviklet et kontrollprogram for automatisk skanning av brukervalgte deler og overflateområder.Dette nye systemet er preget av dimensjonsnøyaktighet.Den målte maksimale cosinusfeilen til systemet er 0,07°.Den dynamiske nøyaktigheten til systemet måles til 2 µm i Z-aksen (høyde) og ca. 10 µm i X- og Y-aksene.Størrelsesforholdet mellom de skannede delene (mynter, skruer, skiver og fiberlinser) var bra.Systemtesting vil også bli diskutert, inkludert profileringsbegrensninger og mulige systemforbedringer.
Målet med dette prosjektet er å utvikle og karakterisere et nytt optisk høyhastighets online system for overflatedefektinspeksjon.Kontrollsystemet er basert på prinsippet om optisk triangulering og gir en berøringsfri metode for å bestemme den tredimensjonale profilen til diffuse overflater.Hovedkomponentene i utviklingssystemet inkluderer en diodelaser, et CCf15 CMOS-kamera og to PC-kontrollerte servomotorer.Prøvebevegelse, bildefangst og 3D-overflateprofilering er programmert i LabView-programvaren.Kontroll av de fangede dataene kan forenkles ved å lage et program for virtuell gjengivelse av en 3D-skannet overflate og beregne de nødvendige parametrene for overflateruhet.Servomotorer brukes til å flytte prøven i X- og Y-retningene med en oppløsning på 0,05 µm.Den utviklede berøringsfrie online overflateprofileren kan utføre rask skanning og overflateinspeksjon med høy oppløsning.Det utviklede systemet er vellykket brukt til å lage automatiske 2D overflateprofiler, 3D overflateprofiler og overflateruhetsmålinger på overflaten av ulike prøvematerialer.Det automatiserte inspeksjonsutstyret har et XY-skanneområde på 12 x 12 mm.For å karakterisere og kalibrere det utviklede profileringssystemet ble overflateprofilen målt av systemet sammenlignet med den samme overflaten målt ved hjelp av et optisk mikroskop, kikkertmikroskop, AFM og Mitutoyo Surftest-402.
Kravene til kvaliteten på produktene og materialene som brukes i dem blir mer og mer krevende.Løsningen på mange problemer med visuell kvalitetssikring (QA) er bruken av sanntids automatiserte overflateinspeksjonssystemer.Dette krever en jevn produktkvalitet med høy gjennomstrømning.Derfor trengs det systemer som er 100 % i stand til å teste materialer og overflater i sanntid.For å nå dette målet gir kombinasjonen av laserteknologi og datakontrollteknologi en effektiv løsning.I dette arbeidet ble et høyhastighets, rimelig og høypresisjon berøringsfritt laserskanningssystem utviklet.Systemet er i stand til å måle tykkelsen på solide ugjennomsiktige objekter ved å bruke prinsippet om laseroptisk triangulering.Det utviklede systemet sikrer nøyaktigheten og reproduserbarheten av målinger på mikrometernivå.
Målet med dette prosjektet er å designe og utvikle et laserinspeksjonssystem for overflatedefektdeteksjon og evaluere potensialet for høyhastighets inline-applikasjoner.Hovedkomponentene i deteksjonssystemet er en laserdiodemodul som en belysningskilde, et CMOS-kamera med tilfeldig tilgang som en deteksjonsenhet og et XYZ-oversettelsestrinn.Algoritmer for å analysere data oppnådd ved å skanne ulike prøveoverflater ble utviklet.Kontrollsystemet er basert på prinsippet om optisk triangulering.Laserstrålen faller skrått inn på prøveoverflaten.Forskjellen i overflatehøyde tas deretter som den horisontale bevegelsen av laserflekken over prøveoverflaten.Dette gjør det mulig å ta høydemålinger ved hjelp av trianguleringsmetoden.Det utviklede deteksjonssystemet kalibreres først for å oppnå en konverteringsfaktor som vil reflektere forholdet mellom forskyvningen av punktet målt av sensoren og den vertikale forskyvningen av overflaten.Eksperimentene ble utført på forskjellige overflater av prøvematerialene: messing, aluminium og rustfritt stål.Det utviklede systemet er i stand til nøyaktig å generere et 3D topografisk kart over defekter som oppstår under drift.En romlig oppløsning på ca. 70 µm og en dybdeoppløsning på 60 µm ble oppnådd.Systemytelsen verifiseres også ved å måle nøyaktigheten til målte avstander.
Høyhastighets fiberlaserskanningssystemer brukes i automatiserte industrielle produksjonsmiljøer for å oppdage overflatedefekter.Mer moderne metoder for å oppdage overflatedefekter inkluderer bruk av optiske fibre for belysning og komponentdeteksjon.Denne avhandlingen inkluderer design og utvikling av et nytt høyhastighets optoelektronisk system.I denne artikkelen undersøkes to kilder til LED, LED (lysemitterende dioder) og laserdioder.En rad med fem emitterende dioder og fem mottakende fotodioder er plassert overfor hverandre.Datainnsamlingen kontrolleres og analyseres av en PC ved hjelp av LabVIEW-programvaren.Systemet brukes til å måle dimensjoner på overflatedefekter som hull (1 mm), blindhull (2 mm) og hakk i ulike materialer.Resultatene viser at mens systemet først og fremst er beregnet på 2D-skanning, kan det også fungere som et begrenset 3D-bildesystem.Systemet viste også at alle metalliske materialer som ble studert var i stand til å reflektere infrarøde signaler.En nyutviklet metode som bruker en rekke skrånende fibre gjør at systemet kan oppnå justerbar oppløsning med en maksimal systemoppløsning på ca. 100 µm (oppsamlingsfiberdiameter).Systemet har blitt brukt til å måle overflateprofil, overflateruhet, tykkelse og reflektivitet til ulike materialer.Aluminium, rustfritt stål, messing, kobber, tuffnol og polykarbonat kan testes med dette systemet.Fordelene med dette nye systemet er raskere deteksjon, lavere kostnader, mindre størrelse, høyere oppløsning og fleksibilitet.
Design, bygg og test nye systemer for å integrere og distribuere nye miljøsensorteknologier.Spesielt egnet for overvåking av avføringsbakterier
Modifisering av mikro-nano-strukturen til solcellepaneler i silisium for å forbedre energiforsyningen
En av de største tekniske utfordringene det globale samfunnet står overfor i dag er bærekraftig energiforsyning.Det er på tide at samfunnet begynner å stole sterkt på fornybare energikilder.Solen gir jorden gratis energi, men moderne metoder for å bruke denne energien i form av elektrisitet har noen begrensninger.Når det gjelder fotovoltaiske celler, er hovedproblemet den utilstrekkelige effektiviteten av å samle solenergi.Lasermikromaskinering brukes ofte for å skape sammenkoblinger mellom fotovoltaiske aktive lag som glasssubstrater, hydrogenert silisium og sinkoksydlag.Det er også kjent at mer energi kan oppnås ved å øke overflaten til en solcelle, for eksempel ved mikromaskinering.Det har vist seg at overflateprofildetaljer i nanoskala påvirker energiabsorpsjonseffektiviteten til solceller.Hensikten med denne artikkelen er å undersøke fordelene ved å tilpasse mikro-, nano- og mesoskala solcellestrukturer for å gi høyere kraft.Variering av de teknologiske parametrene til slike mikrostrukturer og nanostrukturer vil gjøre det mulig å studere deres innflytelse på overflatetopologien.Celler vil bli testet for energien de produserer når de utsettes for eksperimentelt kontrollerte nivåer av elektromagnetisk lys.Det vil etableres en direkte sammenheng mellom celleeffektivitet og overflatetekstur.
Metal Matrix Composites (MMCs) er raskt i ferd med å bli hovedkandidater for rollen som strukturelle materialer innen ingeniør- og elektronikk.Aluminium (Al) og kobber (Cu) forsterket med SiC på grunn av deres utmerkede termiske egenskaper (f.eks. lav termisk ekspansjonskoeffisient (CTE), høy termisk ledningsevne) og forbedrede mekaniske egenskaper (f.eks. høyere spesifikk styrke, bedre ytelse).Det er mye brukt i ulike bransjer for slitestyrke og spesifikk modul.Nylig har disse høykeramiske MMC-ene blitt en annen trend for temperaturkontrollapplikasjoner i elektroniske pakker.Vanligvis, i kraftenhetspakker, brukes aluminium (Al) eller kobber (Cu) som en kjøleribbe eller bunnplate for å koble til det keramiske underlaget som bærer brikken og tilhørende stiftstrukturer.Den store forskjellen i termisk ekspansjonskoeffisient (CTE) mellom keramikk og aluminium eller kobber er ufordelaktig fordi den reduserer påliteligheten til pakken og begrenser også størrelsen på det keramiske substratet som kan festes til substratet.
Gitt denne mangelen er det nå mulig å utvikle, undersøke og karakterisere nye materialer som oppfyller disse kravene til termisk forbedrede materialer.Med forbedret termisk ledningsevne og varmeutvidelseskoeffisient (CTE), er MMC CuSiC og AlSiC nå levedyktige løsninger for elektronikkemballasje.Dette arbeidet vil evaluere de unike termofysiske egenskapene til disse MMC-ene og deres mulige anvendelser for termisk styring av elektroniske pakker.
Oljeselskaper opplever betydelig korrosjon i sveisesonen til olje- og gassindustrisystemer laget av karbon og lavlegert stål.I miljøer som inneholder CO2, tilskrives korrosjonsskader vanligvis forskjeller i styrken til beskyttende korrosjonsfilmer avsatt på forskjellige mikrostrukturer av karbonstål.Lokal korrosjon i sveisemetall (WM) og varmepåvirket sone (HAZ) skyldes hovedsakelig galvaniske effekter på grunn av forskjeller i legeringssammensetning og mikrostruktur.Base metall (PM), WM og HAZ mikrostrukturelle egenskaper ble undersøkt for å forstå effekten av mikrostruktur på korrosjonsadferden til sveisede skjøter av bløtt stål.Korrosjonstester ble utført i en 3,5 % NaCl-løsning mettet med CO2 under deoksygenerte betingelser ved romtemperatur (20±2°C) og pH 4,0±0,3.Karakterisering av korrosjonsadferd ble utført ved bruk av elektrokjemiske metoder for å bestemme åpen kretspotensial, potensiodynamisk skanning og lineær polarisasjonsmotstand, samt generell metallografisk karakterisering ved bruk av optisk mikroskopi.De viktigste morfologiske fasene som er oppdaget er nålformet ferritt, beholdt austenitt og martensittisk-baintisk struktur i WM.De er mindre vanlige i HAZ.Det ble funnet betydelig forskjellig elektrokjemisk oppførsel og korrosjonshastigheter i PM, VM og HAZ.
Arbeidet som dekkes av dette prosjektet er rettet mot å forbedre den elektriske effektiviteten til nedsenkbare pumper.Kravene til pumpeindustrien om å bevege seg i denne retningen har nylig økt med innføringen av ny EU-lovgivning som krever at industrien som helhet oppnår nye og høyere effektivitetsnivåer.Denne artikkelen analyserer bruken av en kjølekappe for å kjøle ned pumpens solenoidområde og foreslår designforbedringer.Spesielt er væskestrømmen og varmeoverføringen i kjølekappene til driftspumper karakterisert.Forbedringer i kappedesign vil gi bedre varmeoverføring til pumpemotorområdet, noe som resulterer i forbedret pumpeeffektivitet samtidig som indusert motstand reduseres.For dette arbeidet ble et tørrgropmontert pumpetestsystem lagt til den eksisterende testtanken på 250 m3.Dette tillater høyhastighetskamerasporing av strømningsfeltet og et termisk bilde av pumpehuset.Strømningsfeltet validert av CFD-analyse tillater eksperimentering, testing og sammenligning av alternative design for å holde driftstemperaturene så lave som mulig.Den originale utformingen av M60-4-polet pumpe tålte en maksimal ekstern pumpehustemperatur på 45°C og en maksimal statortemperatur på 90°C.Analyse av ulike modelldesign viser hvilke design som er mer nyttige for mer effektive systemer og hvilke som ikke bør brukes.Spesielt har utformingen av den integrerte kjølespiralen ingen forbedring i forhold til den originale designen.Økning av antall impellerblader fra fire til åtte reduserte driftstemperaturen målt ved foringsrøret med syv grader Celsius.
Kombinasjonen av høy effekttetthet og redusert eksponeringstid i metallbearbeiding resulterer i en endring i overflatemikrostrukturen.Å oppnå den optimale kombinasjonen av laserprosessparametere og kjølehastighet er avgjørende for å endre kornstrukturen og forbedre de tribologiske egenskapene ved materialoverflaten.Hovedmålet med denne studien var å undersøke effekten av rask pulserende laserbehandling på de tribologiske egenskapene til kommersielt tilgjengelige metalliske biomaterialer.Dette arbeidet er viet laseroverflatemodifisering av rustfritt stål AISI 316L og Ti-6Al-4V.En 1,5 kW pulsert CO2-laser ble brukt til å studere påvirkningen av ulike laserprosessparametere og den resulterende overflatemikrostrukturen og morfologien.Ved å bruke en sylindrisk prøve rotert vinkelrett på laserstrålingsretningen, ble laserstrålingsintensiteten, eksponeringstid, energiflukstetthet og pulsbredde variert.Karakterisering ble utført ved bruk av SEM, EDX, nåleruhetsmålinger og XRD-analyse.En overflatetemperaturprediksjonsmodell ble også implementert for å angi de første parameterne for den eksperimentelle prosessen.Prosesskartlegging ble deretter utført for å bestemme en rekke spesifikke parametere for laserbehandling av overflaten til det smeltede stålet.Det er en sterk sammenheng mellom belysningsstyrke, eksponeringstid, prosesseringsdybde og ruhet av den behandlede prøven.Økt dybde og ruhet av mikrostrukturelle endringer var assosiert med høyere eksponeringsnivåer og eksponeringstider.Ved å analysere ruheten og dybden til det behandlede området, brukes energifluens og overflatetemperaturmodeller for å forutsi graden av smelting som vil oppstå på overflaten.Når interaksjonstiden til laserstrålen øker, øker overflateruheten til stålet for ulike studerte pulsenerginivåer.Mens overflatestrukturen ble observert å beholde den normale justeringen av krystallene, ble endringer i kornorientering observert i de laserbehandlede områdene.
Analyse og karakterisering av vevsstressadferd og dens implikasjoner for stillasdesign
I dette prosjektet ble flere ulike stillasgeometrier utviklet og finite element-analyse ble utført for å forstå de mekaniske egenskapene til beinstrukturen, deres rolle i vevsutviklingen, og den maksimale fordelingen av stress og belastning i stillaset.Computertomografi (CT) skanninger av trabekulære beinprøver ble samlet inn i tillegg til stillasstrukturer designet med CAD.Disse designene lar deg lage og teste prototyper, samt utføre FEM av disse designene.Mekaniske målinger av mikrodeformasjoner ble utført på fabrikkerte stillaser og trabekulære prøver av lårbenshodebenet, og disse resultatene ble sammenlignet med de oppnådd av FEA for de samme strukturene.Det antas at mekaniske egenskaper avhenger av designet poreform (struktur), porestørrelse (120, 340 og 600 µm) og belastningsforhold (med eller uten lasteblokker).Endringer i disse parameterne ble undersøkt for porøse rammeverk på 8 mm3, 22,7 mm3 og 1000 mm3 for å kunne studere deres effekt på spenningsfordeling.Resultatene av eksperimenter og simuleringer viser at den geometriske utformingen av strukturen spiller en viktig rolle i fordelingen av stress, og fremhever det store potensialet til rammedesignet for å forbedre beinregenerering.Generelt er porestørrelse viktigere enn porøsitetsnivå for å bestemme det totale maksimale spenningsnivået.Nivået av porøsitet er imidlertid også viktig for å bestemme osteokonduktiviteten til stillasstrukturer.Når porøsitetsnivået øker fra 30 % til 70 %, øker den maksimale spenningsverdien betydelig for samme porestørrelse.
Porestørrelsen på stillaset er også viktig for fremstillingsmetoden.Alle moderne metoder for rask prototyping har visse begrensninger.Mens konvensjonell fabrikasjon er mer allsidig, er mer komplekse og mindre design ofte umulige å fremstille.De fleste av disse teknologiene er for tiden nominelt ikke i stand til å produsere porer under 500 µm på en bærekraftig måte.Dermed er resultatene med en porestørrelse på 600 µm i dette arbeidet mest relevante for produksjonsevnene til nåværende raske produksjonsteknologier.Den presenterte sekskantede strukturen, selv om den bare vurderes i én retning, ville være den mest anisotrope strukturen sammenlignet med strukturene basert på kuben og trekanten.Kubiske og trekantede strukturer er relativt isotropiske sammenlignet med sekskantede strukturer.Anisotropi er viktig når man vurderer osteokonduktiviteten til det utformede stillaset.Spenningsfordeling og åpningsplassering påvirker ombyggingsprosessen, og ulike belastningsforhold kan endre den maksimale spenningsverdien og dens plassering.Den dominerende belastningsretningen bør fremme porestørrelse og distribusjon for å tillate celler å vokse inn i større porer og gi næringsstoffer og byggematerialer.En annen interessant konklusjon av dette arbeidet, ved å undersøke fordelingen av spenning i søylenes tverrsnitt, er at høyere spenningsverdier registreres på overflaten av søylene sammenlignet med midten.I dette arbeidet ble det vist at porestørrelse, porøsitetsnivå og belastningsmetode er nært knyttet til spenningsnivåene som oppleves i strukturen.Disse funnene demonstrerer muligheten for å lage stagstrukturer der spenningsnivåer på stagoverflaten kan variere i større grad, noe som kan fremme cellefesting og vekst.
Syntetiske benerstatningsstillaser gir muligheten til å skreddersy egenskaper individuelt, overvinne begrenset donortilgjengelighet og forbedre osseointegrasjonen.Bone engineering tar sikte på å løse disse problemene ved å tilby grafts av høy kvalitet som kan leveres i store mengder.I disse applikasjonene er både den indre og ytre stillasgeometrien av stor betydning, da de har en betydelig innvirkning på de mekaniske egenskapene, permeabiliteten og celleproliferasjonen.Rapid prototyping-teknologi tillater bruk av ikke-standardiserte materialer med en gitt og optimalisert geometri, produsert med høy presisjon.Denne artikkelen utforsker evnen til 3D-utskriftsteknikker til å fremstille komplekse geometrier av skjelettstillas ved bruk av biokompatible kalsiumfosfatmaterialer.Foreløpige studier av det proprietære materialet viser at den forutsagte retningsbestemte mekaniske oppførselen kan oppnås.Faktiske målinger av de retningsbestemte mekaniske egenskapene til de fremstilte prøvene viste de samme trendene som resultatene av endelig elementanalyse (FEM).Dette arbeidet demonstrerer også muligheten for 3D-utskrift for å fremstille vevstekniske geometriske stillaser fra en biokompatibel kalsiumfosfatsement.Rammene ble laget ved å trykke med en vandig løsning av dinatriumhydrogenfosfat på et pulverlag bestående av en homogen blanding av kalsiumhydrogenfosfat og kalsiumhydroksyd.Den våte kjemiske avsetningsreaksjonen finner sted i pulverbedet til 3D-printeren.Faste prøver ble laget for å måle de mekaniske egenskapene til den volumetriske komprimeringen av den produserte kalsiumfosfatsementen (CPC).De således fremstilte delene hadde en gjennomsnittlig elastisitetsmodul på 3,59 MPa og en gjennomsnittlig trykkfasthet på 0,147 MPa.Sintring fører til en betydelig økning i kompresjonsegenskaper (E = 9,15 MPa, σt = 0,483 MPa), men reduserer det spesifikke overflatearealet til materialet.Som et resultat av sintring brytes kalsiumfosfatsement ned til β-trikalsiumfosfat (β-TCP) og hydroksyapatitt (HA), noe som bekreftes av dataene fra termogravimetrisk og differensiell termisk analyse (TGA/DTA) og røntgendiffraksjonsanalyse ( XRD).egenskapene er utilstrekkelige for høyt belastede implantater, der den nødvendige styrken er fra 1,5 til 150 MPa, og trykkstivheten overstiger 10 MPa.Videre etterbehandling, som infiltrasjon med biologisk nedbrytbare polymerer, kan imidlertid gjøre disse strukturene egnet for stentapplikasjoner.
Mål: Forskning innen jordmekanikk har vist at vibrasjoner påført tilslag resulterer i mer effektiv partikkeljustering og en reduksjon i energien som kreves for å virke på tilslaget.Målet vårt var å utvikle en metode for virkningen av vibrasjoner på beinimpaksjonsprosessen og evaluere dens effekt på de mekaniske egenskapene til påvirkede transplantater.
Fase 1: Fresing av 80 hoder av storfe lårbeinet ved bruk av en Noviomagus benmølle.Graftene ble deretter vasket ved bruk av et pulsert saltvannsvaskesystem på et siktbrett.En vibro-impact enhet ble utviklet, utstyrt med to 15 V DC-motorer med eksentriske vekter festet inne i en metallsylinder.Kast en vekt på den fra en gitt høyde 72 ganger for å gjenskape prosessen med å treffe et bein.Vibrasjonsfrekvensområdet målt med et akselerometer installert i vibrasjonskammeret ble testet.Hver skjærtest ble deretter gjentatt ved fire forskjellige normalbelastninger for å oppnå en serie spennings-tøyningskurver.Mohr-Coulomb feilkonvolutter ble konstruert for hver test, hvorfra skjærstyrke og blokkeringsverdier ble utledet.
Fase 2: Gjenta eksperimentet ved å tilsette blod for å gjenskape det rike miljøet man møter i kirurgiske omgivelser.
Trinn 1: Graft med økt vibrasjon ved alle vibrasjonsfrekvenser viste høyere skjærstyrke sammenlignet med støt uten vibrasjon.Vibrasjon ved 60 Hz hadde størst innvirkning og var betydelig.
Trinn 2: Poding med ytterligere vibrasjonspåvirkning i mettede tilslag viste lavere skjærstyrke for alle normale trykkbelastninger enn støt uten vibrasjon.
Konklusjon: Prinsippene for sivilingeniør gjelder for implantasjon av det implanterte beinet.I tørre tilslag kan tilsetning av vibrasjon forbedre de mekaniske egenskapene til slagpartiklene.I vårt system er den optimale vibrasjonsfrekvensen 60 Hz.I mettede aggregater påvirker en økning i vibrasjon tilslagets skjærstyrke negativt.Dette kan forklares med flytende prosessen.
Målet med dette arbeidet var å designe, bygge og teste et system som kan forstyrre forsøkspersonene som står på det for å vurdere deres evne til å reagere på disse endringene.Dette kan gjøres ved å raskt vippe overflaten som personen står på og deretter sette den tilbake i horisontal stilling.Fra dette er det mulig å bestemme om forsøkspersonene var i stand til å opprettholde en likevektstilstand og hvor lang tid det tok dem å gjenopprette denne likevektstilstanden.Denne likevektstilstanden vil bli bestemt ved å måle subjektets posturale påvirkning.Deres naturlige posturale svai ble målt med et fottrykkprofilpanel for å bestemme hvor mye svai var under testen.Systemet er også designet for å være mer allsidig og rimelig enn det som er kommersielt tilgjengelig for øyeblikket, fordi selv om disse maskinene er viktige for forskning, er de for tiden ikke mye brukt på grunn av deres høye kostnader.Det nyutviklede systemet som presenteres i denne artikkelen har blitt brukt til å flytte testobjekter som veier opptil 100 kg.
I dette arbeidet ble seks laboratorieeksperimenter innen ingeniør- og naturvitenskap designet for å forbedre læringsprosessen for studenter.Dette oppnås ved å installere og lage virtuelle instrumenter for disse eksperimentene.Bruken av virtuelle instrumenter sammenlignes direkte med tradisjonelle laboratorieundervisningsmetoder, og grunnlaget for utviklingen av begge tilnærmingene diskuteres.Tidligere arbeid med bruk av datamaskinassistert læring (CBL) i lignende prosjekter relatert til dette arbeidet har blitt brukt til å evaluere noen av fordelene med virtuelle instrumenter, spesielt de som er knyttet til økt studentinteresse, minneoppbevaring, forståelse og til slutt laboratorierapportering..relaterte fordeler.Det virtuelle eksperimentet som diskuteres i denne studien er en revidert versjon av det tradisjonelle stileksperimentet og gir dermed en direkte sammenligning av den nye CBL-teknikken med den tradisjonelle stillaben.Det er ingen konseptuell forskjell mellom de to versjonene av eksperimentet, den eneste forskjellen er måten det presenteres på.Effektiviteten til disse CBL-metodene ble vurdert ved å observere ytelsen til elever som brukte det virtuelle instrumentet sammenlignet med andre elever i samme klasse som utførte den tradisjonelle eksperimentelle modusen.Alle studenter blir vurdert ved å sende inn rapporter, flervalgsspørsmål knyttet til deres eksperimenter og spørreskjemaer.Resultatene av denne studien ble også sammenlignet med andre relaterte studier innen CBL.
Innleggstid: 19. februar 2023