Målet med dette arbejde er at udvikle en automatiseret laserbehandlingsproces med høj dimensionel nøjagtighed og forudbestemte procesomkostninger.Dette arbejde omfatter analyse af størrelses- og omkostningsforudsigelsesmodeller for laserfremstilling af interne Nd:YVO4-mikrokanaler i PMMA og intern laserbehandling af polycarbonat til fremstilling af mikrofluidiske enheder.For at nå disse projektmål sammenlignede ANN og DoE størrelsen og omkostningerne ved CO2- og Nd:YVO4-lasersystemer.En komplet implementering af feedbackkontrol med submikron nøjagtighed af lineær positionering med feedback fra koderen er implementeret.Især automatisering af laserstråling og prøvepositionering styres af FPGA.Indgående kendskab til Nd:YVO4-systemets driftsprocedurer og software gjorde det muligt for kontrolenheden at blive erstattet med en Compact-Rio Programmerbar Automation Controller (PAC), hvilket blev opnået i High Resolution Feedback 3D Positioning-trinnet i LabVIEW Code Control Submicron Encodere .Fuld automatisering af denne proces i LabVIEW kode er under udvikling.Nuværende og fremtidige arbejde omfatter målinger af dimensionsnøjagtighed, præcision og reproducerbarhed af designsystemer og tilhørende optimering af mikrokanalgeometri til mikrofluidisk og laboratorieenhed-på-en-chip-fremstilling til kemiske/analytiske applikationer og separationsvidenskab.
Talrige anvendelser af støbte semi-hard metal (SSM) dele kræver fremragende mekaniske egenskaber.Fremragende mekaniske egenskaber såsom slidstyrke, høj styrke og stivhed afhænger af mikrostrukturegenskaberne skabt af den ultrafine kornstørrelse.Denne kornstørrelse afhænger normalt af SSM'ens optimale bearbejdelighed.SSM-støbegods indeholder dog ofte resterende porøsitet, hvilket er ekstremt skadeligt for ydeevnen.I dette arbejde vil de vigtige processer til støbning af halvhårde metaller for at opnå dele af højere kvalitet blive udforsket.Disse dele bør have reduceret porøsitet og forbedrede mikrostrukturelle egenskaber, herunder ultrafin kornstørrelse og ensartet fordeling af hærdende præcipitater og legeringsmikroelementsammensætning.Især vil tid-temperatur forbehandlingsmetodens indflydelse på udviklingen af den ønskede mikrostruktur blive analyseret.Egenskaber som følge af forbedringen i masse, såsom stigninger i styrke, hårdhed og stivhed, vil blive undersøgt.
Dette arbejde er en undersøgelse af lasermodifikation af overfladen af H13 værktøjsstål ved hjælp af en pulseret laserbehandlingstilstand.Den indledende forsøgsscreeningsplan resulterede i en mere optimeret detaljeret plan.Der anvendes en kuldioxid (CO2) laser med en bølgelængde på 10,6 µm.I forsøgsplanen for undersøgelsen blev der brugt laserpletter i tre forskellige størrelser: 0,4, 0,2 og 0,09 mm i diameter.Andre kontrollerbare parametre er laserspidseffekt, pulsgentagelseshastighed og pulsoverlap.Argongas ved et tryk på 0,1 MPa hjælper konstant laserbehandling.Prøve H13 blev ru og kemisk ætset før behandling for at øge overfladeabsorptionsevnen ved CO2-laserbølgelængden.Laserbehandlede prøver blev forberedt til metallografiske undersøgelser, og deres fysiske og mekaniske egenskaber blev karakteriseret.Metallografiske undersøgelser og analyser af den kemiske sammensætning blev udført ved brug af scanning elektronmikroskopi i kombination med energidispersiv røntgenspektrometri.Krystallinitet og fasedetektion af den modificerede overflade blev udført under anvendelse af et XRD-system med Cu Ka-stråling og en bølgelængde på 1,54 Å.Overfladeprofilen måles ved hjælp af et stylus-profileringssystem.Hårdhedsegenskaberne af de modificerede overflader blev målt ved Vickers diamant mikroindentation.Indflydelsen af overfladeruhed på udmattelsesegenskaberne af de modificerede overflader blev undersøgt ved hjælp af et specialfremstillet termisk udmattelsessystem.Det er blevet observeret, at det er muligt at opnå modificerede overfladekorn med ultrafine størrelser på mindre end 500 nm.Forbedret overfladedybde i området fra 35 til 150 µm blev opnået på laserbehandlede H13-prøver.Krystalliniteten af den modificerede H13-overflade er signifikant reduceret, hvilket er forbundet med en tilfældig fordeling af krystallitter efter laserbehandling.Den mindste korrigerede gennemsnitlige overfladeruhed af H13 Ra er 1,9 µm.En anden vigtig opdagelse er, at hårdheden af den modificerede H13-overflade varierer fra 728 til 905 HV0.1 ved forskellige laserindstillinger.Et forhold mellem termiske simuleringsresultater (opvarmnings- og afkølingshastigheder) og hårdhedsresultater blev etableret for yderligere at forstå effekten af laserparametre.Disse resultater er vigtige for udviklingen af overfladehærdningsmetoder for at forbedre slidstyrken og varmeafskærmende belægninger.
Parametriske slagegenskaber for solide sportsbolde for at udvikle typiske kerner til GAA sliotar
Hovedmålet med denne undersøgelse er at karakterisere den dynamiske adfærd af sliotarkernen ved påvirkning.Kuglens viskoelastiske egenskaber blev udført for en række anslagshastigheder.Moderne polymerkugler er følsomme over for belastningshastighed, mens traditionelle multi-komponent sfærer er belastningsafhængige.Den ikke-lineære viskoelastiske respons er defineret af to stivhedsværdier: initial stivhed og bulkstivhed.Traditionelle bolde er 2,5 gange stivere end moderne bolde, afhængigt af hastigheden.Den hurtigere stigningshastighed i stivhed af konventionelle bolde resulterer i en mere ikke-lineær COR i forhold til hastighed sammenlignet med moderne bolde.De dynamiske stivhedsresultater viser begrænset anvendelighed af kvasistatiske tests og fjederteoretiske ligninger.En analyse af adfærden af sfærisk deformation viser, at forskydningen af tyngdepunktet og diametral kompression ikke er konsistente for alle typer kugler.Gennem omfattende prototypeeksperimenter blev virkningen af fremstillingsbetingelser på boldens ydeevne undersøgt.Produktionsparametrene temperatur, tryk og materialesammensætning varierede for at producere en række bolde.Polymerens hårdhed påvirker stivheden, men ikke energiafgivelsen, forøgelse af stivheden øger boldens stivhed.Kernedannende additiver påvirker kuglens reaktivitet, en stigning i mængden af additiver fører til et fald i kuglens reaktivitet, men denne effekt er følsom over for polymerkvaliteten.Numerisk analyse blev udført ved hjælp af tre matematiske modeller for at simulere boldens reaktion på stød.Den første model viste sig kun i begrænset omfang at kunne gengive boldens adfærd, selvom den tidligere med succes var blevet brugt på andre typer bolde.Den anden model viste en rimelig repræsentation af kuglestødsrespons, der var generelt anvendelig for alle testede kugletyper, men kraft-forskydningsresponsen forudsigelsesnøjagtigheden var ikke så høj, som ville være påkrævet for implementering i stor skala.Den tredje model viste signifikant bedre nøjagtighed ved simulering af boldrespons.Kraftværdierne genereret af modellen for denne model er 95% i overensstemmelse med de eksperimentelle data.
Dette arbejde nåede to hovedmål.Den ene er design og fremstilling af et højtemperatur kapillær viskosimeter, og det andet er semi-solid metal flow simulering for at hjælpe med design og levere data til sammenligningsformål.Et kapillarviskosimeter ved høj temperatur blev bygget og brugt til indledende test.Enheden vil blive brugt til at måle viskositeten af halvhårde metaller under forhold med høje temperaturer og forskydningshastigheder svarende til dem, der anvendes i industrien.Kapillærviskosimeteret er et enkeltpunktssystem, der kan beregne viskositeten ved at måle flowet og trykfaldet over kapillæren, da viskositeten er direkte proportional med trykfaldet og omvendt proportional med flowet.Designkriterier omfatter krav til velkontrollerede temperaturer op til 800ºC, injektionsforskydningshastigheder over 10.000 s-1 og kontrollerede injektionsprofiler.En todimensionel tofaset teoretisk tidsafhængig model blev udviklet ved hjælp af FLUENT-softwaren til computational fluid dynamics (CFD).Dette er blevet brugt til at evaluere viskositeten af halvfaste metaller, når de passerer gennem et designet kapillarviskosimeter ved injektionshastigheder på 0,075, 0,5 og 1 m/s.Virkningen af en fraktion af metalliske faststoffer (fs) fra 0,25 til 0,50 blev også undersøgt.For effektlovens viskositetsligning, der blev brugt til at udvikle Fluent-modellen, blev der noteret en stærk korrelation mellem disse parametre og den resulterende viskositet.
Dette papir undersøger virkningen af procesparametre på produktionen af Al-SiC metalmatrixkompositter (MMC) i en batchkomposteringsproces.Undersøgte procesparametre omfattede omrørerhastighed, omrørertid, omrørergeometri, omrørerposition, metallisk væsketemperatur (viskositet).Visuelle simuleringer blev udført ved stuetemperatur (25±C), computersimuleringer og verifikationstest til fremstilling af MMC Al-SiC.I visuelle og computersimuleringer blev vand og glycerin/vand brugt til at repræsentere henholdsvis flydende og halvfast aluminium.Virkningerne af viskositeter på 1, 300, 500, 800 og 1000 mPa s og omrøringshastigheder på 50, 100, 150, 200, 250 og 300 rpm blev undersøgt.10 ruller pr stk.% forstærkede SiC-partikler, svarende til dem, der anvendes i aluminium MMK, blev brugt i visualisering og beregningstest.Billeddannelsesforsøg blev udført i klare glasbægre.Beregningssimuleringer blev udført ved hjælp af Fluent (CFD-program) og den valgfri MixSim-pakke.Dette inkluderer 2D aksesymmetrisk flerfaset tidsafhængig simulering af produktionsruter ved hjælp af den Eulerske (granulære) model.Afhængigheden af partikeldispergeringstid, bundfældningstid og hvirvelhøjde af blandingsgeometrien og omrørerens rotationshastighed er blevet fastlagt.For en omrører med °at-svinger har en skovlvinkel på 60 grader vist sig at være bedre egnet til hurtigt at opnå en ensartet spredning af partikler.Som et resultat af disse tests viste det sig, at for at opnå en ensartet fordeling af SiC var omrøringshastigheden 150 rpm for vand-SiC-systemet og 300 rpm for glycerol/vand-SiC-systemet.Det viste sig, at en forøgelse af viskositeten fra 1 mPa·s (for flydende metal) til 300 mPa·s (for halvfast metal) havde en enorm indflydelse på dispergerings- og aflejringstiden for SiC.En yderligere stigning fra 300 mPa·s til 1000 mPa·s har dog ringe effekt på dette tidspunkt.En væsentlig del af dette arbejde omfattede design, konstruktion og validering af en dedikeret hurtighærdende støbemaskine til denne højtemperaturbehandlingsmetode.Maskinen består af en omrører med fire flade blade i en vinkel på 60 grader og en digel i et ovnkammer med resistiv opvarmning.Installationen inkluderer en aktuator, der hurtigt slukker den forarbejdede blanding.Dette udstyr bruges til produktion af Al-SiC kompositmaterialer.Generelt blev der fundet god overensstemmelse mellem visualisering, beregning og eksperimentelle testresultater.
Der er mange forskellige hurtige prototyping (RP) teknikker, der er blevet udviklet til brug i stor skala, hovedsageligt i det sidste årti.Hurtige prototypesystemer, der er kommercielt tilgængelige i dag, bruger en række forskellige teknologier, der anvender papir, voks, lyshærdende harpikser, polymerer og nye metalpulvere.Projektet omfattede en hurtig prototyping-metode, Fused Deposition Modeling, først kommercialiseret i 1991. I dette arbejde blev der udviklet og brugt en ny version af systemet til modellering ved overfladebehandling med voks.Dette projekt beskriver det grundlæggende design af systemet og voksaflejringsmetoden.FDM-maskiner skaber dele ved at ekstrudere semi-smeltet materiale på en platform i et forudbestemt mønster gennem opvarmede dyser.Ekstrusionsdysen er monteret på et XY-bord styret af et computersystem.I kombination med automatisk kontrol af stempelmekanismen og placeringen af indskyderen fremstilles nøjagtige modeller.Enkelte lag voks stables oven på hinanden for at skabe 2D- og 3D-objekter.Voksens egenskaber er også blevet analyseret for at optimere produktionsprocessen af modellerne.Disse inkluderer faseovergangstemperaturen for voksen, viskositeten af voksen og formen af voksdråben under forarbejdning.
I løbet af de sidste fem år har forskerhold ved City University Dublin Division Science Cluster udviklet to lasermikrobearbejdningsprocesser, der kan skabe kanaler og voxels med reproducerbar opløsning i mikronskala.Fokus i dette arbejde er på brugen af tilpassede materialer til at isolere målbiomolekyler.Foreløbigt arbejde viser, at nye morfologier af kapillærblanding og overfladekanaler kan skabes for at forbedre separationsevnerne.Dette arbejde vil fokusere på anvendelsen af tilgængelige mikrobearbejdningsværktøjer til at designe overfladegeometrier og kanaler, der vil give forbedret adskillelse og karakterisering af biologiske systemer.Anvendelsen af disse systemer vil følge lab-on-a-chip tilgangen til biodiagnostiske formål.Enheder fremstillet ved hjælp af denne udviklede teknologi vil blive brugt i projektets mikrofluidiske laboratorium på en chip.Målet med projektet er at bruge eksperimentelle design-, optimerings- og simuleringsteknikker til at give et direkte forhold mellem laserbehandlingsparametre og mikro- og nanoskala-kanalkarakteristika og at bruge denne information til at forbedre separationskanaler i disse mikroteknologier.Specifikke output af arbejdet omfatter: kanaldesign og overflademorfologi for at forbedre separationsvidenskaben;monolitiske stadier af pumpning og ekstraktion i integrerede chips;adskillelse af udvalgte og ekstraherede målbiomolekyler på integrerede chips.
Generering og kontrol af tidsmæssige temperaturgradienter og langsgående profiler langs kapillære LC-søjler ved hjælp af Peltier-arrays og infrarød termografi
En ny direkte kontaktplatform til nøjagtig temperaturstyring af kapillarsøjler er blevet udviklet baseret på brugen af serielt arrangerede individuelt styrede termoelektriske Peltier-celler.Platformen giver hurtig temperaturkontrol til kapillær- og mikro-LC-kolonner og tillader samtidig programmering af tidsmæssige og rumlige temperaturer.Platformen fungerer over et temperaturområde på 15 til 200°C med en rampehastighed på ca. 400°C/min for hver af de 10 rettede Peltier-celler.Systemet er blevet evalueret for flere ikke-standard kapillær-baserede måletilstande, såsom direkte anvendelse af temperaturgradienter med lineære og ikke-lineære profiler, herunder statiske kolonnetemperaturgradienter og tidsmæssige temperaturgradienter, præcise temperaturkontrollerede gradienter, polymeriseret kapillær monolitisk stationære faser, og fremstilling af monolitiske faser i mikrofluidkanaler (på en chip).Instrumentet kan bruges med standard- og søjlekromatografisystemer.
Elektrohydrodynamisk fokusering i en todimensionel plan mikrofluidisk enhed til prækoncentration af små analytter
Dette arbejde omfatter elektrohydrodynamisk fokusering (EHDF) og fotonoverførsel for at hjælpe med udviklingen af præberigelse og artsidentifikation.EHDF er en ionbalanceret fokuseringsmetode baseret på at etablere en balance mellem hydrodynamiske og elektriske kræfter, hvor ionerne af interesse bliver stationære.Denne undersøgelse præsenterer en ny metode, der anvender en 2D åben 2D plan mikrofluidisk enhed i fladt rum i stedet for det konventionelle mikrokanalsystem.Sådanne anordninger kan prækoncentrere store mængder stoffer og er relativt nemme at fremstille.Denne undersøgelse præsenterer resultaterne af en nyudviklet simulering med COMSOL Multiphysics® 3.5a.Resultaterne af disse modeller blev sammenlignet med eksperimentelle resultater for at teste de identificerede flowgeometrier og områder med høj koncentration.Den udviklede numeriske mikrofluidiske model blev sammenlignet med tidligere offentliggjorte eksperimenter, og resultaterne var meget konsistente.På baggrund af disse simuleringer blev en ny type skib undersøgt for at give optimale forhold for EHDF.Eksperimentelle resultater ved brug af chippen overgik modellens ydeevne.I de fremstillede mikrofluidchips blev en ny tilstand observeret, kaldet lateral EGDP, når stoffet under undersøgelse blev fokuseret vinkelret på den påførte spænding.Fordi detektion og billeddannelse er nøgleaspekter af sådanne præberigelses- og artsidentifikationssystemer.Numeriske modeller og eksperimentel verifikation af lysudbredelse og lysintensitetsfordeling i todimensionelle mikrofluidsystemer præsenteres.Den udviklede numeriske model for lysudbredelse blev succesfuldt verificeret eksperimentelt både med hensyn til lysets faktiske vej gennem systemet og med hensyn til intensitetsfordeling, hvilket gav resultater, der kan være af interesse for optimering af fotopolymerisationssystemer, såvel som for optiske detektionssystemer ved hjælp af kapillærer..
Afhængigt af geometrien kan mikrostrukturer bruges i telekommunikation, mikrofluidik, mikrosensorer, datalager, glasskæring og dekorativ mærkning.I dette arbejde blev forholdet mellem indstillingerne af parametrene for Nd:YVO4- og CO2-lasersystemet og størrelsen og morfologien af mikrostrukturer undersøgt.Lasersystemets undersøgte parametre omfatter effekt P, pulsgentagelseshastighed PRF, antal pulser N og scanningshastighed U. Målte outputdimensioner inkluderer ækvivalente voxeldiametre samt mikrokanalbredde, dybde og overfladeruhed.Et 3D-mikrobearbejdningssystem blev udviklet ved hjælp af en Nd:YVO4-laser (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) til at fremstille mikrostrukturer inde i polycarbonatprøver.Mikrostrukturelle voxels har en diameter på 48 til 181 µm.Systemet giver også præcis fokusering ved at bruge mikroskopobjektiver til at skabe mindre voxels i området 5 til 10 µm i soda-kalkglas, smeltet silica og safirprøver.En CO2-laser (1,5 kW, 10,6 µm, minimum pulsvarighed 26 µs) blev brugt til at skabe mikrokanaler i soda-kalkglasprøverne.Tværsnitsformen af mikrokanalerne varierede meget mellem v-riller, u-riller og overfladiske ablationssteder.Størrelsen af mikrokanaler varierer også meget: fra 81 til 365 µm bred, fra 3 til 379 µm i dybden og overfladeruhed fra 2 til 13 µm, afhængigt af installationen.Mikrokanalstørrelser blev undersøgt i henhold til laserbehandlingsparametre ved brug af responsoverflademetodologi (RSM) og design af eksperimenter (DOE).De indsamlede resultater blev brugt til at studere effekten af procesparametre på den volumetriske og masseablationshastighed.Derudover er der udviklet en matematisk model for termisk proces for at hjælpe med at forstå processen og tillade, at kanaltopologien forudsiges før den faktiske fremstilling.
Metrologiindustrien leder altid efter nye måder til præcist og hurtigt at udforske og digitalisere overfladetopografi, herunder beregning af overfladeruhedsparametre og skabelse af punktskyer (sæt af tredimensionelle punkter, der beskriver en eller flere overflader) til modellering eller reverse engineering.systemer eksisterer, og optiske systemer er vokset i popularitet i løbet af det sidste årti, men de fleste optiske profiler er dyre at købe og vedligeholde.Afhængigt af typen af system kan optiske profiler også være vanskelige at designe, og deres skrøbelighed er muligvis ikke egnet til de fleste butiks- eller fabriksapplikationer.Dette projekt dækker udviklingen af en profiler, der anvender principperne for optisk triangulering.Det udviklede system har et scanningsbordareal på 200 x 120 mm og et lodret måleområde på 5 mm.Placeringen af lasersensoren over målfladen kan også justeres med 15 mm.Der blev udviklet et kontrolprogram til automatisk scanning af brugervalgte dele og overfladearealer.Dette nye system er kendetegnet ved dimensionel nøjagtighed.Den målte maksimale cosinusfejl for systemet er 0,07°.Systemets dynamiske nøjagtighed måles ved 2 µm i Z-aksen (højde) og omkring 10 µm i X- og Y-akserne.Størrelsesforholdet mellem de scannede dele (mønter, skruer, skiver og fiberlinsematricer) var godt.Systemtestning vil også blive diskuteret, herunder profileringsbegrænsninger og mulige systemforbedringer.
Formålet med dette projekt er at udvikle og karakterisere et nyt optisk højhastigheds online system til inspektion af overfladefejl.Styresystemet er baseret på princippet om optisk triangulering og giver en berøringsfri metode til at bestemme den tredimensionelle profil af diffuse overflader.Hovedkomponenterne i udviklingssystemet omfatter en diodelaser, et CCf15 CMOS-kamera og to PC-styrede servomotorer.Prøvebevægelse, billedoptagelse og 3D overfladeprofilering er programmeret i LabView-softwaren.Kontrol af de opsamlede data kan lettes ved at oprette et program til virtuel gengivelse af en 3D-scannet overflade og beregne de nødvendige overfladeruhedsparametre.Servomotorer bruges til at flytte prøven i X- og Y-retningerne med en opløsning på 0,05 µm.Den udviklede berøringsfrie online overfladeprofiler kan udføre hurtig scanning og overfladeinspektion i høj opløsning.Det udviklede system er med succes brugt til at skabe automatiske 2D overfladeprofiler, 3D overfladeprofiler og overfladeruhedsmålinger på overfladen af forskellige prøvematerialer.Det automatiske inspektionsudstyr har et XY-scanningsområde på 12 x 12 mm.For at karakterisere og kalibrere det udviklede profileringssystem blev overfladeprofilen målt af systemet sammenlignet med den samme overflade målt ved hjælp af et optisk mikroskop, kikkertmikroskop, AFM og Mitutoyo Surftest-402.
Kravene til produkternes kvalitet og de anvendte materialer bliver mere og mere krævende.Løsningen på mange problemer med visuel kvalitetssikring (QA) er brugen af automatiserede overfladeinspektionssystemer i realtid.Dette kræver en ensartet produktkvalitet med høj gennemstrømning.Derfor er der behov for systemer, der er 100 % i stand til at teste materialer og overflader i realtid.For at nå dette mål giver kombinationen af laserteknologi og computerstyringsteknologi en effektiv løsning.I dette arbejde blev der udviklet et højhastigheds-, lavpris- og højpræcisions berøringsfrit laserscanningssystem.Systemet er i stand til at måle tykkelsen af solide uigennemsigtige genstande ved hjælp af princippet om laseroptisk triangulering.Det udviklede system sikrer nøjagtigheden og reproducerbarheden af målinger på mikrometerniveau.
Målet med dette projekt er at designe og udvikle et laserinspektionssystem til detektering af overfladedefekter og evaluere dets potentiale for højhastigheds inline-applikationer.Hovedkomponenterne i detektionssystemet er et laserdiodemodul som belysningskilde, et CMOS-kamera med tilfældig adgang som detektionsenhed og et XYZ-oversættelsestrin.Algoritmer til analyse af data opnået ved at scanne forskellige prøveoverflader blev udviklet.Kontrolsystemet er baseret på princippet om optisk triangulering.Laserstrålen falder skråt ind på prøveoverfladen.Forskellen i overfladehøjde tages derefter som den vandrette bevægelse af laserpletten over prøveoverfladen.Dette gør det muligt at foretage højdemålinger ved hjælp af trianguleringsmetoden.Det udviklede detektionssystem kalibreres først for at opnå en konverteringsfaktor, der vil afspejle forholdet mellem forskydningen af punktet målt af sensoren og den lodrette forskydning af overfladen.Forsøgene blev udført på forskellige overflader af prøvematerialerne: messing, aluminium og rustfrit stål.Det udviklede system er i stand til nøjagtigt at generere et 3D topografisk kort over defekter, der opstår under drift.En rumlig opløsning på ca. 70 µm og en dybdeopløsning på 60 µm blev opnået.Systemets ydeevne verificeres også ved at måle nøjagtigheden af målte afstande.
Højhastighedsfiberlaserscanningssystemer bruges i automatiserede industrielle produktionsmiljøer til at opdage overfladefejl.Mere moderne metoder til detektering af overfladedefekter omfatter brugen af optiske fibre til belysning og komponentdetektion.Denne afhandling omfatter design og udvikling af et nyt højhastigheds optoelektronisk system.I dette papir undersøges to kilder til LED'er, LED'er (lysemitterende dioder) og laserdioder.En række af fem emitterende dioder og fem modtagende fotodioder er placeret over for hinanden.Dataindsamlingen styres og analyseres af en pc ved hjælp af LabVIEW-softwaren.Systemet bruges til at måle dimensioner af overfladefejl såsom huller (1 mm), blinde huller (2 mm) og indhak i forskellige materialer.Resultaterne viser, at selvom systemet primært er beregnet til 2D-scanning, kan det også fungere som et begrænset 3D-billeddannelsessystem.Systemet viste også, at alle undersøgte metalliske materialer var i stand til at reflektere infrarøde signaler.En nyudviklet metode, der anvender et array af skrå fibre, gør det muligt for systemet at opnå justerbar opløsning med en maksimal systemopløsning på ca. 100 µm (opsamlende fiberdiameter).Systemet er med succes blevet brugt til at måle overfladeprofil, overfladeruhed, tykkelse og reflektionsevne af forskellige materialer.Aluminium, rustfrit stål, messing, kobber, tuffnol og polycarbonat kan testes med dette system.Fordelene ved dette nye system er hurtigere detektion, lavere omkostninger, mindre størrelse, højere opløsning og fleksibilitet.
Design, byg og test nye systemer til at integrere og implementere nye miljøsensorteknologier.Særligt velegnet til overvågning af fækale bakterier
Ændring af mikro-nano-strukturen af silicium solcellepaneler for at forbedre energiforsyningen
En af de største tekniske udfordringer, som det globale samfund står over for i dag, er bæredygtig energiforsyning.Det er på tide, at samfundet begynder at stole stærkt på vedvarende energikilder.Solen giver jorden gratis energi, men moderne metoder til at bruge denne energi i form af elektricitet har nogle begrænsninger.I tilfælde af fotovoltaiske celler er hovedproblemet den utilstrækkelige effektivitet ved opsamling af solenergi.Lasermikrobearbejdning bruges almindeligvis til at skabe sammenkoblinger mellem fotovoltaiske aktive lag såsom glassubstrater, hydrogeneret silicium og zinkoxidlag.Det er også kendt, at der kan opnås mere energi ved at øge overfladearealet af en solcelle, for eksempel ved mikrobearbejdning.Det har vist sig, at overfladeprofildetaljer i nanoskala påvirker solcellers energiabsorptionseffektivitet.Formålet med denne artikel er at undersøge fordelene ved at tilpasse mikro-, nano- og mesoskala solcellestrukturer for at give højere strøm.Variering af de teknologiske parametre for sådanne mikrostrukturer og nanostrukturer vil gøre det muligt at studere deres indflydelse på overfladetopologien.Celler vil blive testet for den energi, de producerer, når de udsættes for eksperimentelt kontrollerede niveauer af elektromagnetisk lys.Der vil blive etableret en direkte sammenhæng mellem celleeffektivitet og overfladetekstur.
Metal Matrix Composites (MMC'er) er hurtigt ved at blive de bedste kandidater til rollen som strukturelle materialer inden for teknik og elektronik.Aluminium (Al) og kobber (Cu) forstærket med SiC på grund af deres fremragende termiske egenskaber (f.eks. lav termisk udvidelseskoefficient (CTE), høj termisk ledningsevne) og forbedrede mekaniske egenskaber (f.eks. højere specifik styrke, bedre ydeevne).Det er meget udbredt i forskellige industrier for slidstyrke og specifikt modul.For nylig er disse højkeramiske MMC'er blevet en anden trend for temperaturkontrolapplikationer i elektroniske pakker.Typisk bruges aluminium (Al) eller kobber (Cu) i strømforsyningspakker som en køleplade eller bundplade til at forbinde til det keramiske substrat, der bærer chippen og tilhørende stiftstrukturer.Den store forskel i termisk udvidelseskoefficient (CTE) mellem keramik og aluminium eller kobber er ufordelagtig, fordi den reducerer emballagens pålidelighed og også begrænser størrelsen af det keramiske substrat, der kan fastgøres til substratet.
Med denne mangel er det nu muligt at udvikle, undersøge og karakterisere nye materialer, der opfylder disse krav til termisk forbedrede materialer.Med forbedret termisk ledningsevne og termisk ekspansionskoefficient (CTE) egenskaber er MMC CuSiC og AlSiC nu levedygtige løsninger til elektronikemballage.Dette arbejde vil evaluere de unikke termofysiske egenskaber af disse MMC'er og deres mulige anvendelser til termisk styring af elektroniske pakker.
Olieselskaber oplever betydelig korrosion i svejsezonen af olie- og gasindustrisystemer fremstillet af kulstof og lavlegeret stål.I miljøer, der indeholder CO2, tilskrives korrosionsskader normalt forskelle i styrken af beskyttende korrosionsfilm aflejret på forskellige kulstofstålmikrostrukturer.Lokal korrosion i svejsemetal (WM) og varmepåvirket zone (HAZ) skyldes hovedsageligt galvaniske effekter på grund af forskelle i legeringssammensætning og mikrostruktur.Uædle metal (PM), WM og HAZ mikrostrukturelle karakteristika blev undersøgt for at forstå effekten af mikrostruktur på korrosionsadfærden af svejsede samlinger af blødt stål.Korrosionstests blev udført i en 3,5% NaCl-opløsning mættet med CO2 under deoxygenerede betingelser ved stuetemperatur (20±2°C) og pH 4,0±0,3.Karakterisering af korrosionsadfærd blev udført ved hjælp af elektrokemiske metoder til bestemmelse af åbent kredsløbspotentiale, potentiodynamisk scanning og lineær polarisationsmodstand, såvel som generel metallografisk karakterisering ved hjælp af optisk mikroskopi.De vigtigste morfologiske faser påvist er nåleformet ferrit, tilbageholdt austenit og martensitisk-bainitisk struktur i WM.De er mindre almindelige i HAZ.Der blev fundet væsentligt forskellig elektrokemisk adfærd og korrosionshastigheder i PM, VM og HAZ.
Arbejdet omfattet af dette projekt er rettet mod at forbedre den elektriske effektivitet af dykpumper.Kravene til pumpeindustrien om at bevæge sig i denne retning er for nylig steget med indførelsen af ny EU-lovgivning, der kræver, at industrien som helhed skal opnå nye og højere effektivitetsniveauer.Dette papir analyserer brugen af en kølekappe til at køle pumpens solenoideområde og foreslår designforbedringer.Især er væskestrømmen og varmeoverførslen i kølekapperne på driftspumper karakteriseret.Forbedringer i kappedesign vil give bedre varmeoverførsel til pumpemotorområdet, hvilket resulterer i forbedret pumpeeffektivitet, samtidig med at induceret modstand reduceres.Til dette arbejde blev der tilføjet et pumpetestsystem til tørgrav på den eksisterende 250 m3 testtank.Dette muliggør højhastighedskamerasporing af flowfeltet og et termisk billede af pumpehuset.Flowfeltet valideret af CFD-analyse tillader eksperimentering, test og sammenligning af alternative designs for at holde driftstemperaturerne så lave som muligt.Det originale design af M60-4-polet pumpe modstod en maksimal ekstern pumpehustemperatur på 45°C og en maksimal statortemperatur på 90°C.Analyse af forskellige modeldesign viser, hvilke designs der er mere anvendelige til mere effektive systemer, og hvilke der ikke bør bruges.Specielt har designet af den integrerede kølespiral ingen forbedring i forhold til det originale design.En øgning af antallet af skovlhjulsblade fra fire til otte reducerede driftstemperaturen målt ved huset med syv grader Celsius.
Kombinationen af høj effekttæthed og reduceret eksponeringstid i metalbearbejdning resulterer i en ændring i overfladens mikrostruktur.At opnå den optimale kombination af laserprocesparametre og afkølingshastighed er afgørende for at ændre kornstrukturen og forbedre de tribologiske egenskaber ved materialets overflade.Hovedmålet med denne undersøgelse var at undersøge effekten af hurtig pulserende laserbehandling på de tribologiske egenskaber af kommercielt tilgængelige metalliske biomaterialer.Dette arbejde er afsat til laseroverflademodifikation af rustfrit stål AISI 316L og Ti-6Al-4V.En 1,5 kW pulseret CO2-laser blev brugt til at studere indflydelsen af forskellige laserprocesparametre og den resulterende overflademikrostruktur og morfologi.Ved at bruge en cylindrisk prøve roteret vinkelret på laserstrålingsretningen blev laserstrålingsintensiteten, eksponeringstiden, energifluxtætheden og pulsbredden varieret.Karakterisering blev udført ved hjælp af SEM, EDX, nåleruhedsmålinger og XRD-analyse.En overfladetemperaturforudsigelsesmodel blev også implementeret til at indstille de indledende parametre for den eksperimentelle proces.Derefter blev der udført proceskortlægning for at bestemme en række specifikke parametre for laserbehandling af overfladen af det smeltede stål.Der er en stærk sammenhæng mellem belysningsstyrke, eksponeringstid, behandlingsdybde og ruhed af den behandlede prøve.Øget dybde og ruhed af mikrostrukturelle ændringer var forbundet med højere eksponeringsniveauer og eksponeringstider.Ved at analysere ruheden og dybden af det behandlede område, bruges energifluens og overfladetemperaturmodeller til at forudsige graden af smeltning, der vil forekomme på overfladen.Når interaktionstiden for laserstrålen øges, øges stålets overfladeruhed for forskellige undersøgte pulsenerginiveauer.Mens overfladestrukturen blev observeret at bevare den normale justering af krystallerne, blev ændringer i kornorientering observeret i de laserbehandlede områder.
Analyse og karakterisering af vævsstressadfærd og dens implikationer for stilladsdesign
I dette projekt blev flere forskellige stilladsgeometrier udviklet og finite element-analyse blev udført for at forstå de mekaniske egenskaber af knoglestrukturen, deres rolle i vævsudviklingen og den maksimale fordeling af stress og belastning i stilladset.Computertomografi (CT) scanninger af trabekulære knogleprøver blev indsamlet ud over stilladsstrukturer designet med CAD.Disse designs giver dig mulighed for at skabe og teste prototyper, samt udføre FEM af disse designs.Mekaniske målinger af mikrodeformationer blev udført på fremstillede stilladser og trabekulære prøver af lårbenshovedbenet, og disse resultater blev sammenlignet med dem opnået af FEA for de samme strukturer.Det antages, at mekaniske egenskaber afhænger af den designede poreform (struktur), porestørrelse (120, 340 og 600 µm) og belastningsforhold (med eller uden belastningsblokke).Ændringer i disse parametre blev undersøgt for porøse rammer på 8 mm3, 22,7 mm3 og 1000 mm3 for at undersøge deres effekt på spændingsfordelingen.Resultaterne af eksperimenter og simuleringer viser, at strukturens geometriske design spiller en vigtig rolle i fordelingen af stress, og fremhæver rammedesignets store potentiale for at forbedre knogleregenereringen.Generelt er porestørrelse vigtigere end porøsitetsniveau ved bestemmelse af det samlede maksimale spændingsniveau.Niveauet af porøsitet er dog også vigtigt ved bestemmelse af osteokonduktiviteten af stilladsstrukturer.Når porøsitetsniveauet stiger fra 30 % til 70 %, stiger den maksimale spændingsværdi markant for den samme porestørrelse.
Stilladsets porestørrelse er også vigtig for fremstillingsmetoden.Alle moderne metoder til hurtig prototyping har visse begrænsninger.Mens konventionel fremstilling er mere alsidig, er mere komplekse og mindre designs ofte umulige at fremstille.De fleste af disse teknologier er i øjeblikket nominelt ude af stand til bæredygtigt at producere porer under 500 µm.Således er resultaterne med en porestørrelse på 600 µm i dette arbejde mest relevante for de nuværende hurtige fremstillingsteknologiers produktionskapacitet.Den præsenterede sekskantede struktur, selvom den kun betragtes i én retning, ville være den mest anisotrope struktur sammenlignet med strukturerne baseret på terningen og trekanten.Kubiske og trekantede strukturer er relativt isotrope sammenlignet med sekskantede strukturer.Anisotropi er vigtig, når man overvejer osteokonduktiviteten af det designede stillads.Spændingsfordeling og åbningsplacering påvirker ombygningsprocessen, og forskellige belastningsforhold kan ændre den maksimale spændingsværdi og dens placering.Den overvejende belastningsretning bør fremme porestørrelse og fordeling for at tillade celler at vokse ind i større porer og give næringsstoffer og byggematerialer.En anden interessant konklusion på dette arbejde, ved at undersøge fordelingen af spænding i søjlernes tværsnit, er, at der registreres højere spændingsværdier ved søjlernes overflade sammenlignet med midten.I dette arbejde blev det vist, at porestørrelsen, porøsitetsniveauet og belastningsmetoden er tæt forbundet med de stressniveauer, der opleves i strukturen.Disse fund demonstrerer muligheden for at skabe stiverstrukturer, hvor spændingsniveauer på stiveroverfladen kan variere i større grad, hvilket kan fremme cellevedhæftning og vækst.
Syntetiske knogleerstatningsstilladser giver mulighed for individuelt at skræddersy egenskaber, overvinde begrænset donortilgængelighed og forbedre osseointegration.Knogleteknik sigter mod at løse disse problemer ved at levere transplantater af høj kvalitet, der kan leveres i store mængder.I disse applikationer er både den indre og ydre stilladsgeometri af stor betydning, da de har en væsentlig indflydelse på de mekaniske egenskaber, permeabilitet og celleproliferation.Rapid prototyping-teknologi tillader brug af ikke-standardiserede materialer med en given og optimeret geometri, fremstillet med høj præcision.Dette papir udforsker 3D-printteknikkers evne til at fremstille komplekse geometrier af skeletstilladser ved hjælp af biokompatible calciumphosphatmaterialer.Foreløbige undersøgelser af det proprietære materiale viser, at den forudsagte retningsbestemte mekaniske adfærd kan opnås.Faktiske målinger af de retningsbestemte mekaniske egenskaber af de fremstillede prøver viste de samme tendenser som resultaterne af finite element analyse (FEM).Dette arbejde demonstrerer også gennemførligheden af 3D-print til at fremstille vævstekniske geometriske stilladser fra en biokompatibel calciumphosphatcement.Rammerne blev fremstillet ved at trykke med en vandig opløsning af dinatriumhydrogenphosphat på et pulverlag bestående af en homogen blanding af calciumhydrogenphosphat og calciumhydroxid.Den våde kemiske aflejringsreaktion finder sted i 3D-printerens pulverleje.Faste prøver blev lavet for at måle de mekaniske egenskaber af den volumetriske kompression af den fremstillede calciumphosphatcement (CPC).De således fremstillede dele havde et gennemsnitligt elasticitetsmodul på 3,59 MPa og en gennemsnitlig trykstyrke på 0,147 MPa.Sintring fører til en betydelig stigning i kompressionsegenskaber (E = 9,15 MPa, σt = 0,483 MPa), men reducerer det specifikke overfladeareal af materialet.Som et resultat af sintring nedbrydes calciumphosphatcement til β-tricalciumphosphat (β-TCP) og hydroxyapatit (HA), hvilket bekræftes af data fra termogravimetrisk og differentiel termisk analyse (TGA/DTA) og røntgendiffraktionsanalyse ( XRD).egenskaberne er utilstrækkelige for højt belastede implantater, hvor den nødvendige styrke er fra 1,5 til 150 MPa, og trykstivheden overstiger 10 MPa.Yderligere efterbehandling, såsom infiltration med bionedbrydelige polymerer, kan imidlertid gøre disse strukturer velegnede til stentapplikationer.
Formål: Forskning i jordmekanik har vist, at vibrationer påført aggregater resulterer i mere effektiv partikeljustering og en reduktion i den energi, der kræves for at virke på aggregatet.Vores mål var at udvikle en metode til påvirkning af vibrationer på knoglepåvirkningsprocessen og evaluere dens effekt på de mekaniske egenskaber af påvirkede transplantater.
Fase 1: Fræsning af 80 hoveder af bovint lårben med en Noviomagus knoglemølle.Grafterne blev derefter vasket under anvendelse af et pulseret saltvandsvaskesystem på en sigtebakke.Der blev udviklet en vibrationsanordning udstyret med to 15 V DC-motorer med excentriske vægte fastgjort inde i en metalcylinder.Kast en vægt på den fra en given højde 72 gange for at genskabe processen med at ramme en knogle.Vibrationsfrekvensområdet målt med et accelerometer installeret i vibrationskammeret blev testet.Hver forskydningstest blev derefter gentaget ved fire forskellige normalbelastninger for at opnå en række spændings-tøjningskurver.Mohr-Coulomb fejlkonvolutter blev konstrueret til hver test, hvorfra forskydningsstyrke og blokeringsværdier blev afledt.
Fase 2: Gentag eksperimentet ved at tilføje blod for at genskabe det rige miljø, man støder på i kirurgiske omgivelser.
Trin 1: Grafter med øget vibration ved alle vibrationsfrekvenser viste højere forskydningsstyrke sammenlignet med stød uden vibration.Vibration ved 60 Hz havde den største effekt og var betydelig.
Trin 2: Podning med yderligere vibrationspåvirkning i mættede tilslag viste lavere forskydningsstyrke for alle normale trykbelastninger end stød uden vibration.
Konklusion: Principperne for civilingeniør er gældende for implantation af den implanterede knogle.I tørre tilslag kan tilsætning af vibrationer forbedre slagpartiklernes mekaniske egenskaber.I vores system er den optimale vibrationsfrekvens 60 Hz.I mættede tilslag påvirker en stigning i vibrationer tilslagets forskydningsstyrke negativt.Dette kan forklares med likvefaktionsprocessen.
Målet med dette arbejde var at designe, bygge og teste et system, der kan forstyrre de personer, der står på det, for at vurdere deres evne til at reagere på disse ændringer.Dette kan gøres ved hurtigt at vippe underlaget, som personen står på, og derefter føre det tilbage til vandret position.Ud fra dette er det muligt at bestemme, om forsøgspersonerne var i stand til at opretholde en ligevægtstilstand, og hvor lang tid det tog dem at genoprette denne ligevægtstilstand.Denne ligevægtstilstand vil blive bestemt ved at måle individets posturale indflydelse.Deres naturlige posturale svaj blev målt med et fodtrykprofilpanel for at bestemme, hvor meget svaj var under testen.Systemet er også designet til at være mere alsidigt og overkommeligt end i øjeblikket kommercielt tilgængelige, fordi selvom disse maskiner er vigtige for forskning, er de i øjeblikket ikke meget brugt på grund af deres høje omkostninger.Det nyudviklede system, der præsenteres i denne artikel, er blevet brugt til at flytte testobjekter, der vejer op til 100 kg.
I dette arbejde blev seks laboratorieeksperimenter inden for ingeniørvidenskab og fysiske videnskaber designet til at forbedre læringsprocessen for studerende.Dette opnås ved at installere og skabe virtuelle instrumenter til disse eksperimenter.Brugen af virtuelle instrumenter sammenlignes direkte med traditionelle laboratorieundervisningsmetoder, og grundlaget for udviklingen af begge tilgange diskuteres.Tidligere arbejde med computerassisteret læring (CBL) i lignende projekter relateret til dette arbejde er blevet brugt til at evaluere nogle af fordelene ved virtuelle instrumenter, især dem der er relateret til øget elevinteresse, hukommelsesbevarelse, forståelse og i sidste ende laboratorierapportering..relaterede fordele.Det virtuelle eksperiment, der diskuteres i denne undersøgelse, er en revideret version af det traditionelle stileksperiment og giver således en direkte sammenligning af den nye CBL-teknik med det traditionelle stillaboratorium.Der er ingen begrebsmæssig forskel mellem de to versioner af eksperimentet, den eneste forskel er i måden det præsenteres på.Effektiviteten af disse CBL-metoder blev vurderet ved at observere elevernes præstationer ved hjælp af det virtuelle instrument sammenlignet med andre elever i samme klasse, der udførte den traditionelle eksperimentelle tilstand.Alle elever vurderes ved at indsende rapporter, multiple choice-spørgsmål relateret til deres eksperimenter og spørgeskemaer.Resultaterne af denne undersøgelse blev også sammenlignet med andre relaterede undersøgelser inden for CBL.
Indlægstid: 19. februar 2023