Cilj tega dela je razviti avtomatiziran proces laserske obdelave z visoko dimenzijsko natančnostjo in vnaprej določenimi stroški postopka.To delo vključuje analizo modelov za napovedovanje velikosti in stroškov za lasersko izdelavo notranjih mikrokanalov Nd:YVO4 v PMMA in notranjo lasersko obdelavo polikarbonata za izdelavo mikrofluidnih naprav.Da bi dosegli te cilje projekta, sta ANN in DoE primerjala velikost in ceno laserskih sistemov CO2 in Nd:YVO4.Izvedena je popolna izvedba povratnega nadzora s podmikronsko natančnostjo linearnega pozicioniranja s povratno informacijo iz kodirnika.Zlasti avtomatizacijo laserskega sevanja in pozicioniranje vzorcev nadzira FPGA.Poglobljeno poznavanje operacijskih postopkov in programske opreme sistema Nd:YVO4 je omogočilo zamenjavo krmilne enote s Compact-Rio Programmable Automation Controller (PAC), kar je bilo doseženo v koraku 3D pozicioniranja s povratnimi informacijami visoke ločljivosti LabVIEW Code Control Submicron Encoders .Popolna avtomatizacija tega procesa v kodi LabVIEW je v razvoju.Sedanje in prihodnje delo vključuje meritve dimenzijske točnosti, natančnosti in ponovljivosti načrtovalskih sistemov ter s tem povezano optimizacijo geometrije mikrokanalov za izdelavo mikrofluidnih in laboratorijskih naprav na čipu za kemijske/analitične aplikacije in znanost o ločevanju.
Številne uporabe oblikovanih delov iz poltrde kovine (SSM) zahtevajo odlične mehanske lastnosti.Izjemne mehanske lastnosti, kot so odpornost proti obrabi, visoka trdnost in togost, so odvisne od značilnosti mikrostrukture, ki jih ustvarja ultrafina velikost zrn.Ta velikost zrn je običajno odvisna od optimalne obdelovalnosti SSM.Vendar pa ulitki SSM pogosto vsebujejo ostanke poroznosti, kar je izjemno škodljivo za zmogljivost.V tem delu bodo raziskani pomembni postopki oblikovanja poltrdih kovin za pridobivanje delov višje kakovosti.Ti deli bi morali imeti zmanjšano poroznost in izboljšane mikrostrukturne značilnosti, vključno z ultra fino velikostjo zrn in enakomerno porazdelitvijo utrjenih oborin ter sestavo legirnih mikroelementov.Predvsem bo analiziran vpliv metode časovno-temperaturne predobdelave na razvoj želene mikrostrukture.Raziskane bodo lastnosti, ki izhajajo iz izboljšanja mase, kot so povečanje trdnosti, trdote in togosti.
To delo je študija laserske modifikacije površine orodnega jekla H13 z uporabo impulznega laserskega načina obdelave.Iz izvedenega začetnega eksperimentalnega načrta presejanja je nastal bolj optimiziran podroben načrt.Uporablja se laser z ogljikovim dioksidom (CO2) z valovno dolžino 10,6 µm.V eksperimentalnem načrtu študije so bile uporabljene laserske točke treh različnih velikosti: 0,4, 0,2 in 0,09 mm v premeru.Drugi parametri, ki jih je mogoče nadzorovati, so največja moč laserja, hitrost ponavljanja impulza in prekrivanje impulza.Plin argon pri tlaku 0,1 MPa nenehno pomaga pri laserski obdelavi.Vzorec H13 je bil pred obdelavo hrapav in kemično jedkan, da se poveča absorpcija površine pri valovni dolžini CO2 laserja.Lasersko obdelane vzorce smo pripravili za metalografske študije in karakterizirali njihove fizikalne in mehanske lastnosti.Metalografske študije in analize kemijske sestave so bile izvedene z uporabo vrstične elektronske mikroskopije v kombinaciji z energijsko disperzijsko rentgensko spektrometrijo.Detekcija kristaliničnosti in faze modificirane površine je bila izvedena z uporabo XRD sistema s Cu Kα sevanjem in valovno dolžino 1,54 Å.Površinski profil se meri s sistemom za profiliranje tipala.Lastnosti trdote modificiranih površin smo izmerili z diamantno mikroindentacijo po Vickersu.Vpliv površinske hrapavosti na utrujalne lastnosti modificiranih površin smo preučevali s pomočjo posebej izdelanega sistema za termično utrujanje.Ugotovljeno je bilo, da je mogoče pridobiti modificirana površinska zrna z ultrafinimi velikostmi, manjšimi od 500 nm.Na lasersko obdelanih vzorcih H13 je bila dosežena izboljšana površinska globina v območju od 35 do 150 µm.Kristalinost modificirane površine H13 je bistveno zmanjšana, kar je povezano z naključno porazdelitvijo kristalitov po laserski obdelavi.Najmanjša popravljena povprečna površinska hrapavost H13 Ra je 1,9 µm.Drugo pomembno odkritje je, da se trdota modificirane površine H13 giblje od 728 do 905 HV0,1 pri različnih nastavitvah laserja.Vzpostavljena je bila povezava med rezultati toplotne simulacije (hitrosti ogrevanja in hlajenja) in rezultati trdote za nadaljnje razumevanje učinka laserskih parametrov.Ti rezultati so pomembni za razvoj metod površinskega utrjevanja za izboljšanje odpornosti proti obrabi in toplotno zaščitnih premazov.
Parametrične udarne lastnosti trdnih športnih žog za razvoj tipičnih jeder za GAA sliotar
Glavni cilj te študije je opredeliti dinamično obnašanje jedra sliotarja ob udarcu.Viskoelastične lastnosti žoge so bile izvedene za razpon udarnih hitrosti.Sodobne polimerne krogle so občutljive na hitrost deformacije, medtem ko so tradicionalne večkomponentne krogle odvisne od deformacije.Nelinearni viskoelastičen odziv je definiran z dvema vrednostma togosti: začetno togostjo in skupno togostjo.Tradicionalne žoge so glede na hitrost 2,5-krat trše od modernih.Hitrejša stopnja povečanja togosti običajnih krogel povzroči bolj nelinearno COR glede na hitrost v primerjavi s sodobnimi kroglami.Rezultati dinamične togosti kažejo omejeno uporabnost kvazistatičnih testov in enačb teorije vzmeti.Analiza obnašanja sferične deformacije kaže, da premik težišča in diametralna kompresija nista enaka za vse vrste krogel.Z obsežnimi poskusi izdelave prototipov so raziskali vpliv pogojev izdelave na zmogljivost žoge.Proizvodni parametri temperature, tlaka in materialne sestave so se spreminjali, da so izdelali vrsto kroglic.Trdota polimera vpliva na togost, ne pa tudi na disipacijo energije, povečanje togosti poveča togost žoge.Dodatki za nukleacijo vplivajo na reaktivnost krogle, povečanje količine aditivov povzroči zmanjšanje reaktivnosti krogle, vendar je ta učinek občutljiv na kakovost polimera.Numerična analiza je bila izvedena z uporabo treh matematičnih modelov za simulacijo odziva žoge na udarec.Prvi model se je izkazal za sposoben reproducirati obnašanje žoge le v omejenem obsegu, čeprav je bil prej uspešno uporabljen na drugih vrstah žog.Drugi model je pokazal razumno predstavitev odziva na udarec žoge, ki je bil na splošno uporaben za vse preizkušene vrste žog, vendar natančnost napovedi odziva sila-premik ni bila tako visoka, kot bi bilo potrebno za obsežno izvedbo.Tretji model je pokazal bistveno boljšo natančnost pri simulaciji odziva žogice.Vrednosti sile, ki jih ustvari model za ta model, so 95 % skladne z eksperimentalnimi podatki.
To delo je doseglo dva glavna cilja.Eden je načrtovanje in izdelava visokotemperaturnega kapilarnega viskozimetra, drugi pa je simulacija toka poltrdne kovine za pomoč pri načrtovanju in zagotavljanje podatkov za namene primerjave.Visokotemperaturni kapilarni viskozimeter je bil izdelan in uporabljen za začetno testiranje.Naprava se bo uporabljala za merjenje viskoznosti poltrdih kovin v pogojih visokih temperatur in strižnih stopenj, podobnih tistim, ki se uporabljajo v industriji.Kapilarni viskozimeter je enotočkovni sistem, ki lahko izračuna viskoznost z merjenjem pretoka in padca tlaka skozi kapilaro, saj je viskoznost neposredno sorazmerna s padcem tlaka in obratno sorazmerna s pretokom.Merila za načrtovanje vključujejo zahteve za dobro nadzorovane temperature do 800 °C, strižne hitrosti vbrizgavanja nad 10.000 s-1 in nadzorovane profile vbrizgavanja.Dvodimenzionalni dvofazni teoretični časovno odvisni model je bil razvit z uporabo programske opreme FLUENT za računalniško dinamiko tekočin (CFD).To je bilo uporabljeno za oceno viskoznosti poltrdnih kovin, ko prehajajo skozi zasnovani kapilarni viskozimeter pri hitrostih vbrizgavanja 0,075, 0,5 in 1 m/s.Raziskan je bil tudi učinek deleža trdnih kovinskih delcev (fs) od 0,25 do 0,50.Za enačbo viskoznosti po potenčnem zakonu, uporabljeno za razvoj modela Fluent, je bila opažena močna korelacija med temi parametri in nastalo viskoznostjo.
Ta članek raziskuje vpliv procesnih parametrov na proizvodnjo Al-SiC kompozitov s kovinsko matriko (MMC) v procesu šaržnega kompostiranja.Preučevani procesni parametri so vključevali hitrost mešala, čas mešanja, geometrijo mešala, položaj mešala, temperaturo kovinske tekočine (viskoznost).Vizualne simulacije so bile izvedene pri sobni temperaturi (25±C), računalniške simulacije in verifikacijski testi za proizvodnjo MMC Al-SiC.V vizualnih in računalniških simulacijah sta bila voda in glicerin/voda uporabljena za predstavitev tekočega oziroma poltrdnega aluminija.Raziskali smo učinke viskoznosti 1, 300, 500, 800 in 1000 mPa s ter hitrosti mešanja 50, 100, 150, 200, 250 in 300 vrt/min.10 rolic na kos.% ojačani delci SiC, podobni tistim, ki se uporabljajo v aluminiju MMK, so bili uporabljeni pri vizualizaciji in računalniških testih.Slikovni testi so bili izvedeni v prozornih steklenih čašah.Računalniške simulacije so bile izvedene z uporabo Fluent (program CFD) in izbirnega paketa MixSim.To vključuje 2D osno simetrično večfazno časovno odvisno simulacijo proizvodnih poti z uporabo Eulerjevega (granularnega) modela.Ugotovljena je bila odvisnost časa dispergiranja delcev, časa usedanja in višine vrtinca od geometrije mešanja in hitrosti vrtenja mešala.Za mešalo z lopaticami °at je bilo ugotovljeno, da je kot lopatice 60 stopinj bolj primeren za hitro doseganje enakomerne disperzije delcev.Kot rezultat teh preskusov je bilo ugotovljeno, da je bila za enakomerno porazdelitev SiC hitrost mešanja 150 vrt/min za sistem voda-SiC in 300 vrt/min za sistem glicerol/voda-SiC.Ugotovljeno je bilo, da je povečanje viskoznosti z 1 mPa·s (za tekočo kovino) na 300 mPa·s (za poltrdno kovino) močno vplivalo na disperzijo in čas nanašanja SiC.Vendar ima nadaljnje povečanje s 300 mPa·s na 1000 mPa·s majhen učinek na ta čas.Pomemben del tega dela je vključeval načrtovanje, konstrukcijo in validacijo namenskega stroja za hitro utrjevanje za to metodo visokotemperaturne obdelave.Stroj je sestavljen iz mešala s štirimi ploščatimi rezili pod kotom 60 stopinj in lončka v komori peči z uporovnim segrevanjem.Namestitev vključuje aktuator, ki hitro ugasne predelano mešanico.Ta oprema se uporablja za proizvodnjo kompozitnih materialov Al-SiC.Na splošno je bilo ugotovljeno dobro ujemanje med rezultati vizualizacije, izračuna in eksperimentalnih testov.
Obstaja veliko različnih tehnik hitre izdelave prototipov (RP), ki so bile razvite za obsežno uporabo predvsem v zadnjem desetletju.Sistemi za hitro izdelavo prototipov, ki so danes komercialno dostopni, uporabljajo različne tehnologije, ki uporabljajo papir, vosek, svetlobno utrjujoče smole, polimere in nove kovinske prahove.Projekt je vključeval metodo hitre izdelave prototipov, Fused Deposition Modeling, ki je bila prvič komercializirana leta 1991. V tem delu je bila razvita in uporabljena nova različica sistema za modeliranje z navarjanjem z uporabo voska.Ta projekt opisuje osnovno zasnovo sistema in metodo nanašanja voska.Stroji FDM ustvarjajo dele z ekstrudiranjem polstaljenega materiala na ploščad po vnaprej določenem vzorcu skozi ogrevane šobe.Ekstruzijska šoba je nameščena na XY mizi, ki jo krmili računalniški sistem.V kombinaciji z avtomatskim nadzorom bata in položaja odlagalnika se izdelajo natančni modeli.Posamezni sloji voska so zloženi drug na drugega, da se ustvarijo 2D in 3D objekti.Analizirane so bile tudi lastnosti voska, da bi optimizirali proizvodni proces modelov.Sem spadajo temperatura faznega prehoda voska, viskoznost voska in oblika kapljice voska med obdelavo.
V zadnjih petih letih so raziskovalne skupine na City University Dublin Division Science Cluster razvile dva postopka laserske mikroobdelave, ki lahko ustvarita kanale in voksele s ponovljivo mikronsko ločljivostjo.Poudarek tega dela je na uporabi prilagojenih materialov za izolacijo ciljnih biomolekul.Predhodno delo dokazuje, da je mogoče ustvariti nove morfologije kapilarnega mešanja in površinskih kanalov za izboljšanje zmožnosti ločevanja.To delo se bo osredotočilo na uporabo razpoložljivih orodij za mikroobdelovanje za načrtovanje površinskih geometrij in kanalov, ki bodo zagotovili izboljšano ločevanje in karakterizacijo bioloških sistemov.Uporaba teh sistemov bo sledila pristopu laboratorija na čipu za biodiagnostične namene.Naprave, izdelane s to razvito tehnologijo, bodo uporabljene v mikrofluidnem laboratoriju projekta na čipu.Cilj projekta je uporaba eksperimentalne zasnove, optimizacije in simulacijskih tehnik za zagotovitev neposredne povezave med parametri laserske obdelave in značilnostmi kanalov na mikro- in nanometrskem merilu ter uporaba teh informacij za izboljšanje ločevalnih kanalov v teh mikrotehnologijah.Posebni rezultati dela vključujejo: načrtovanje kanalov in površinsko morfologijo za izboljšanje znanosti o ločevanju;monolitne stopnje črpanja in ekstrakcije v integriranih čipih;ločevanje izbranih in ekstrahiranih ciljnih biomolekul na integriranih čipih.
Ustvarjanje in nadzor časovnih temperaturnih gradientov in vzdolžnih profilov vzdolž kapilarnih LC kolon z uporabo Peltierjevih nizov in infrardeče termografije
Razvita je bila nova neposredna kontaktna platforma za natančno kontrolo temperature kapilarnih kolon, ki temelji na uporabi serijsko razporejenih individualno krmiljenih termoelektričnih Peltierjevih celic.Platforma omogoča hitro kontrolo temperature za kapilarne in mikro LC kolone ter omogoča sočasno programiranje časovnih in prostorskih temperatur.Platforma deluje v temperaturnem območju od 15 do 200 °C s hitrostjo rampe približno 400 °C/min za vsako od 10 poravnanih Peltierjevih celic.Sistem je bil ovrednoten za več nestandardnih načinov merjenja na podlagi kapilar, kot je neposredna uporaba temperaturnih gradientov z linearnimi in nelinearnimi profili, vključno s statičnimi temperaturnimi gradienti kolone in časovnimi temperaturnimi gradienti, natančnimi temperaturno nadzorovanimi gradienti, polimeriziranimi kapilarnimi monolitnimi stacionarne faze in izdelava monolitnih faz v mikrofluidnih kanalih (na čipu).Instrument se lahko uporablja s standardnimi in kolonskimi kromatografskimi sistemi.
Elektrohidrodinamično fokusiranje v dvodimenzionalni planarni mikrofluidni napravi za predkoncentracijo majhnih analitov
To delo vključuje elektrohidrodinamično fokusiranje (EHDF) in prenos fotonov za pomoč pri razvoju pred obogatitvijo in identifikaciji vrst.EHDF je metoda ionsko uravnoteženega fokusiranja, ki temelji na vzpostavljanju ravnovesja med hidrodinamičnimi in električnimi silami, pri čemer ioni, ki nas zanimajo, postanejo stacionarni.Ta študija predstavlja novo metodo, ki uporablja 2D odprto 2D ravno prostorsko planarno mikrofluidno napravo namesto običajnega mikrokanalnega sistema.Takšne naprave lahko predkoncentrirajo velike količine snovi in so razmeroma enostavne za izdelavo.Ta študija predstavlja rezultate na novo razvite simulacije z uporabo COMSOL Multiphysics® 3.5a.Rezultati teh modelov so bili primerjani z eksperimentalnimi rezultati, da bi testirali ugotovljene geometrije toka in področja visoke koncentracije.Razviti numerični mikrofluidni model so primerjali s predhodno objavljenimi poskusi in rezultati so bili zelo skladni.Na podlagi teh simulacij je bila raziskana nova vrsta ladje za zagotavljanje optimalnih pogojev za EHDF.Eksperimentalni rezultati z uporabo čipa so bili boljši od zmogljivosti modela.V izdelanih mikrofluidnih čipih je bil opažen nov način, imenovan lateralni EGDP, ko je bila preučevana snov usmerjena pravokotno na uporabljeno napetost.Ker sta odkrivanje in slikanje ključna vidika takšnih sistemov za predhodno obogatitev in identifikacijo vrst.Predstavljeni so numerični modeli in eksperimentalna verifikacija širjenja svetlobe in porazdelitve jakosti svetlobe v dvodimenzionalnih mikrofluidnih sistemih.Razviti numerični model širjenja svetlobe je bil uspešno eksperimentalno preverjen tako z vidika dejanske poti svetlobe skozi sistem kot z vidika porazdelitve intenzitete, kar je dalo rezultate, ki so lahko zanimivi za optimizacijo fotopolimerizacijskih sistemov, pa tudi za optične detekcijske sisteme. z uporabo kapilar..
Odvisno od geometrije se mikrostrukture lahko uporabljajo v telekomunikacijah, mikrofluidiki, mikrosenzorjih, skladiščenju podatkov, rezanju stekla in dekorativnem označevanju.V tem delu je bilo raziskano razmerje med nastavitvami parametrov laserskega sistema Nd:YVO4 in CO2 ter velikostjo in morfologijo mikrostruktur.Preučevani parametri laserskega sistema vključujejo moč P, hitrost ponavljanja impulza PRF, število impulzov N in hitrost skeniranja U. Izmerjene izhodne dimenzije vključujejo ekvivalentne premere vokslov ter širino mikrokanala, globino in hrapavost površine.3D mikroobdelovalni sistem je bil razvit z uporabo laserja Nd:YVO4 (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) za izdelavo mikrostruktur znotraj polikarbonatnih vzorcev.Mikrostrukturni vokseli imajo premer od 48 do 181 µm.Sistem zagotavlja tudi natančno ostrenje z uporabo mikroskopskih objektivov za ustvarjanje manjših vokslov v razponu od 5 do 10 µm v vzorcih natrijevega stekla, kremena in safirja.CO2 laser (1,5 kW, 10,6 µm, minimalno trajanje impulza 26 µs) je bil uporabljen za ustvarjanje mikrokanalov v vzorcih natrijevega apnenega stekla.Oblika prečnega prereza mikrokanalov se je zelo razlikovala med v-utori, u-utori in mesti površinske ablacije.Tudi velikosti mikrokanalov so zelo različne: od 81 do 365 µm v širino, od 3 do 379 µm v globino, površinska hrapavost pa od 2 do 13 µm, odvisno od namestitve.Velikosti mikrokanalov so bile pregledane glede na parametre laserske obdelave z uporabo metodologije odzivne površine (RSM) in načrtovanja eksperimentov (DOE).Zbrani rezultati so bili uporabljeni za proučevanje vpliva procesnih parametrov na volumetrično in masno hitrost ablacije.Poleg tega je bil razvit matematični model termičnega procesa, ki pomaga razumeti proces in omogoča predvidevanje topologije kanala pred dejansko izdelavo.
Meroslovna industrija vedno išče nove načine za natančno in hitro raziskovanje ter digitalizacijo površinske topografije, vključno z izračunom parametrov površinske hrapavosti in ustvarjanjem oblakov točk (nizov tridimenzionalnih točk, ki opisujejo eno ali več površin) za modeliranje ali obratno inženirstvo.sistemi obstajajo in optični sistemi so v zadnjem desetletju postali vse bolj priljubljeni, vendar je nakup in vzdrževanje večine optičnih profilov dragih.Odvisno od vrste sistema je lahko tudi optične profilatorje težko načrtovati in njihova krhkost morda ni primerna za večino trgovinskih ali tovarniških aplikacij.Ta projekt zajema razvoj profilerja, ki uporablja principe optične triangulacije.Razviti sistem ima površino skenirne mize 200 x 120 mm in navpično merilno območje 5 mm.Tudi položaj laserskega senzorja nad tarčno površino je nastavljiv za 15 mm.Razvit je bil nadzorni program za samodejno skeniranje uporabniško izbranih delov in površin.Za ta novi sistem je značilna dimenzijska natančnost.Izmerjena največja kosinusna napaka sistema je 0,07°.Dinamična natančnost sistema je izmerjena pri 2 µm na osi Z (višina) in približno 10 µm na oseh X in Y.Razmerje velikosti med skeniranimi deli (kovanci, vijaki, podložke in matrice za leče iz vlaken) je bilo dobro.Razpravljalo se bo tudi o testiranju sistema, vključno z omejitvami profilerja in možnimi izboljšavami sistema.
Cilj tega projekta je razviti in karakterizirati nov optični hitri spletni sistem za pregledovanje površinskih napak.Krmilni sistem temelji na principu optične triangulacije in omogoča brezkontaktno določanje tridimenzionalnega profila difuznih površin.Glavne komponente razvojnega sistema vključujejo diodni laser, kamero CCf15 CMOS in dva PC-krmiljena servo motorja.Premikanje vzorca, zajem slike in 3D profiliranje površine so programirani v programski opremi LabView.Preverjanje zajetih podatkov si lahko olajšamo z izdelavo programa za virtualni izris 3D skenirane površine in izračun zahtevanih parametrov hrapavosti površine.Servo motorji se uporabljajo za premikanje vzorca v smeri X in Y z ločljivostjo 0,05 µm.Razviti brezkontaktni spletni profiler površin lahko izvaja hitro skeniranje in površinsko inšpekcijo visoke ločljivosti.Razviti sistem se uspešno uporablja za izdelavo avtomatskih 2D površinskih profilov, 3D površinskih profilov in meritev površinske hrapavosti na površini različnih vzorčnih materialov.Oprema za avtomatsko pregledovanje ima XY območje skeniranja 12 x 12 mm.Za karakterizacijo in kalibracijo razvitega sistema za profiliranje je bil površinski profil, izmerjen s sistemom, primerjan z isto površino, izmerjeno z optičnim mikroskopom, binokularnim mikroskopom, AFM in Mitutoyo Surftest-402.
Zahteve po kakovosti izdelkov in uporabljenih materialov postajajo vedno bolj zahtevne.Rešitev za številne težave z vizualnim zagotavljanjem kakovosti (QA) je uporaba avtomatiziranih sistemov za pregledovanje površin v realnem času.To zahteva enakomerno kakovost izdelka pri visoki pretočnosti.Zato so potrebni sistemi, ki so 100 % sposobni testirati materiale in površine v realnem času.Za dosego tega cilja kombinacija laserske tehnologije in tehnologije računalniškega krmiljenja zagotavlja učinkovito rešitev.V tem delu je bil razvit hiter, poceni in visoko natančen sistem brezkontaktnega laserskega skeniranja.Sistem lahko meri debelino trdnih neprozornih predmetov po principu laserske optične triangulacije.Razvit sistem zagotavlja točnost in ponovljivost meritev na mikrometrski ravni.
Namen tega projekta je zasnovati in razviti laserski pregledovalni sistem za odkrivanje površinskih napak in oceniti njegov potencial za visokohitrostne inline aplikacije.Glavne komponente detekcijskega sistema so laserski diodni modul kot vir osvetlitve, CMOS kamera z naključnim dostopom kot detekcijska enota in translacijska stopnja XYZ.Razviti so bili algoritmi za analizo podatkov, pridobljenih s skeniranjem različnih površin vzorcev.Krmilni sistem temelji na principu optične triangulacije.Laserski žarek vpada poševno na površino vzorca.Razlika v višini površine se nato vzame kot vodoravno gibanje laserske točke po površini vzorca.To omogoča meritve višine z metodo triangulacije.Razviti sistem zaznavanja se najprej umeri, da se pridobi pretvorbeni faktor, ki bo odražal razmerje med premikom točke, izmerjeno s senzorjem, in navpičnim premikom površine.Poskusi so bili izvedeni na različnih površinah vzorčnih materialov: medenina, aluminij in nerjavno jeklo.Razviti sistem je sposoben natančno generirati 3D topografski zemljevid napak, ki nastanejo med delovanjem.Dosežena je bila prostorska ločljivost približno 70 µm in globinska ločljivost 60 µm.Delovanje sistema se preverja tudi z merjenjem točnosti izmerjenih razdalj.
Sistemi za lasersko skeniranje z vlakni visoke hitrosti se uporabljajo v avtomatiziranih industrijskih proizvodnih okoljih za odkrivanje površinskih napak.Sodobnejše metode odkrivanja površinskih napak vključujejo uporabo optičnih vlaken za osvetljevanje in odkrivanje komponent.Ta disertacija vključuje načrtovanje in razvoj novega hitrega optoelektronskega sistema.V tem prispevku sta raziskana dva izvora LED, LED (svetleče diode) in laserske diode.Vrstica petih oddajnih diod in petih sprejemnih fotodiod je nameščena ena nasproti druge.Zbiranje podatkov nadzoruje in analizira osebni računalnik s programsko opremo LabVIEW.Sistem se uporablja za merjenje dimenzij površinskih napak, kot so luknje (1 mm), slepe luknje (2 mm) in zareze v različnih materialih.Rezultati kažejo, da čeprav je sistem namenjen predvsem 2D skeniranju, lahko deluje tudi kot omejen 3D slikovni sistem.Sistem je tudi pokazal, da so vsi proučevani kovinski materiali sposobni odbijati infrardeče signale.Na novo razvita metoda, ki uporablja niz nagnjenih vlaken, omogoča sistemu, da doseže nastavljivo ločljivost z največjo sistemsko ločljivostjo približno 100 µm (premer zbiralnega vlakna).Sistem je bil uspešno uporabljen za merjenje površinskega profila, površinske hrapavosti, debeline in odbojnosti različnih materialov.S tem sistemom je mogoče testirati aluminij, nerjavno jeklo, medenino, baker, tuffnol in polikarbonat.Prednosti tega novega sistema so hitrejše odkrivanje, nižji stroški, manjša velikost, večja ločljivost in prilagodljivost.
Načrtujte, zgradite in preizkusite nove sisteme za integracijo in uporabo novih tehnologij okoljskih senzorjev.Posebej primeren za aplikacije za spremljanje fekalnih bakterij
Spreminjanje mikro-nano strukture silicijevih solarnih PV panelov za izboljšanje oskrbe z energijo
Eden glavnih inženirskih izzivov, s katerimi se danes sooča svetovna družba, je trajnostna oskrba z energijo.Čas je, da se družba začne močno zanašati na obnovljive vire energije.Sonce daje zemlji brezplačno energijo, vendar imajo sodobni načini uporabe te energije v obliki električne energije nekatere omejitve.Pri fotovoltaičnih celicah je glavna težava nezadostna učinkovitost zbiranja sončne energije.Laserska mikroobdelava se običajno uporablja za ustvarjanje povezav med fotovoltaičnimi aktivnimi plastmi, kot so steklene podlage, hidrogenirani silicij in plasti cinkovega oksida.Znano je tudi, da je mogoče pridobiti več energije s povečanjem površine sončne celice, na primer z mikrostrojno obdelavo.Izkazalo se je, da podrobnosti površinskega profila v nanometru vplivajo na učinkovitost absorpcije energije sončnih celic.Namen tega prispevka je raziskati prednosti prilagajanja mikro-, nano- in mezorazmernih struktur sončnih celic za zagotavljanje večje moči.Spreminjanje tehnoloških parametrov takih mikrostruktur in nanostruktur bo omogočilo proučevanje njihovega vpliva na topologijo površine.Celice bodo testirali glede energije, ki jo proizvedejo, ko bodo izpostavljene eksperimentalno nadzorovanim nivojem elektromagnetne svetlobe.Vzpostavljena bo neposredna povezava med učinkovitostjo celic in teksturo površine.
Kovinski matrični kompoziti (MMC) hitro postajajo glavni kandidati za vlogo strukturnih materialov v tehniki in elektroniki.Aluminij (Al) in baker (Cu), ojačen s SiC zaradi svojih odličnih toplotnih lastnosti (npr. nizek koeficient toplotne razteznosti (CTE), visoka toplotna prevodnost) in izboljšanih mehanskih lastnosti (npr. višja specifična trdnost, boljše delovanje).Široko se uporablja v različnih panogah za odpornost proti obrabi in specifični modul.V zadnjem času so ti visoko keramični MMC postali še en trend za aplikacije za nadzor temperature v elektronskih paketih.Običajno se v ohišjih napajalnih naprav aluminij (Al) ali baker (Cu) uporablja kot hladilnik ali osnovna plošča za povezavo s keramično podlago, ki nosi čip in pripadajoče zatične strukture.Velika razlika v koeficientu toplotnega raztezanja (CTE) med keramiko in aluminijem ali bakrom je neugodna, ker zmanjšuje zanesljivost paketa in tudi omejuje velikost keramične podlage, ki jo je mogoče pritrditi na podlago.
Glede na to pomanjkljivost je zdaj mogoče razviti, raziskati in karakterizirati nove materiale, ki izpolnjujejo te zahteve za toplotno izboljšane materiale.Z izboljšano toplotno prevodnostjo in koeficientom toplotnega raztezanja (CTE) sta MMC CuSiC in AlSiC zdaj izvedljivi rešitvi za embalažo elektronike.To delo bo ovrednotilo edinstvene termofizikalne lastnosti teh MMC in njihove možne uporabe za termično upravljanje elektronskih paketov.
Naftna podjetja se soočajo s precejšnjo korozijo v območju varjenja sistemov naftne in plinske industrije iz ogljikovih in nizkolegiranih jekel.V okoljih, ki vsebujejo CO2, se poškodbe zaradi korozije običajno pripisujejo razlikam v trdnosti zaščitnih korozijskih filmov, ki so naneseni na različne mikrostrukture ogljikovega jekla.Lokalna korozija v zvaru (WM) in toplotno prizadetem območju (HAZ) je predvsem posledica galvanskih učinkov zaradi razlik v sestavi in mikrostrukturi zlitine.Mikrostrukturne značilnosti navadne kovine (PM), WM in HAZ so bile raziskane, da bi razumeli učinek mikrostrukture na korozijsko obnašanje varjenih spojev iz mehkega jekla.Preizkusi korozije so bili izvedeni v 3,5 % raztopini NaCl, nasičeni s CO2, v deoksigeniranih pogojih pri sobni temperaturi (20±2°C) in pH 4,0±0,3.Karakterizacija korozijskega obnašanja je bila izvedena z uporabo elektrokemijskih metod za določanje potenciala odprtega vezja, potenciodinamičnega skeniranja in linearne polarizacijske upornosti ter splošne metalografske karakterizacije z uporabo optične mikroskopije.Glavne odkrite morfološke faze so igličasti ferit, zadržani avstenit in martenzitno-bainitna struktura v WM.Pri HAZ so manj pogosti.Pri PM, VM in HAZ so bile ugotovljene bistveno različne elektrokemične lastnosti in stopnje korozije.
Delo, ki ga zajema ta projekt, je namenjeno izboljšanju električne učinkovitosti potopnih črpalk.Zahteve za industrijo črpalk, da se premakne v to smer, so se nedavno povečale z uvedbo nove zakonodaje EU, ki zahteva, da industrija kot celota doseže nove in višje ravni učinkovitosti.Ta članek analizira uporabo hladilnega plašča za hlajenje območja solenoida črpalke in predlaga izboljšave zasnove.Posebej sta opisana pretok tekočine in prenos toplote v hladilnih plaščih delujočih črpalk.Izboljšave v zasnovi plašča bodo zagotovile boljši prenos toplote na območje motorja črpalke, kar bo imelo za posledico izboljšano učinkovitost črpalke ob zmanjšanju induciranega upora.Za to delo je bil obstoječemu preskusnemu rezervoarju 250 m3 dodan preskusni sistem s črpalko, nameščen na suho.To omogoča visokohitrostno sledenje pretočnega polja s kamero in toplotno sliko ohišja črpalke.Polje pretoka, potrjeno z analizo CFD, omogoča eksperimentiranje, testiranje in primerjavo alternativnih zasnov, da ohranimo čim nižje delovne temperature.Prvotna zasnova polne črpalke M60-4 je vzdržala največjo zunanjo temperaturo ohišja črpalke 45 °C in največjo temperaturo statorja 90 °C.Analiza različnih zasnov modelov pokaže, katere zasnove so uporabnejše za učinkovitejše sisteme in katerih ne bi smeli uporabljati.Zlasti zasnova integrirane hladilne tuljave ni izboljšana glede na prvotno zasnovo.Povečanje števila lopatic rotorja s štiri na osem je znižalo delovno temperaturo, izmerjeno na ohišju, za sedem stopinj Celzija.
Kombinacija visoke gostote moči in zmanjšanega časa izpostavljenosti pri obdelavi kovin povzroči spremembo mikrostrukture površine.Pridobivanje optimalne kombinacije parametrov laserskega procesa in hitrosti hlajenja je ključnega pomena za spreminjanje strukture zrn in izboljšanje triboloških lastnosti na površini materiala.Glavni cilj te študije je bil raziskati učinek hitre impulzne laserske obdelave na tribološke lastnosti komercialno dostopnih kovinskih biomaterialov.To delo je posvečeno laserski modifikaciji površine nerjavnega jekla AISI 316L in Ti-6Al-4V.Za preučevanje vpliva različnih laserskih procesnih parametrov ter posledične površinske mikrostrukture in morfologije smo uporabili 1,5 kW impulzni CO2 laser.Z uporabo cilindričnega vzorca, zasukanega pravokotno na smer laserskega sevanja, smo spreminjali intenzivnost laserskega sevanja, čas izpostavljenosti, gostoto energijskega toka in širino impulza.Karakterizacija je bila izvedena z uporabo SEM, EDX, meritev hrapavosti igle in XRD analize.Implementiran je bil tudi model napovedovanja površinske temperature za nastavitev začetnih parametrov eksperimentalnega procesa.Nato je bilo izvedeno kartiranje procesa, da se določijo številni specifični parametri za lasersko obdelavo površine staljenega jekla.Obstaja močna korelacija med osvetlitvijo, časom osvetlitve, globino obdelave in hrapavostjo obdelanega vzorca.Povečana globina in hrapavost mikrostrukturnih sprememb sta bili povezani z višjimi ravnmi izpostavljenosti in časi izpostavljenosti.Z analizo hrapavosti in globine obdelanega območja se modeli fluence energije in površinske temperature uporabijo za napovedovanje stopnje taljenja, do katere bo prišlo na površini.Ko se čas interakcije laserskega žarka povečuje, se površinska hrapavost jekla poveča za različne proučevane ravni energije impulza.Medtem ko so opazili, da površinska struktura ohranja normalno poravnavo kristalov, so opazili spremembe v orientaciji zrn na območjih, obdelanih z laserjem.
Analiza in karakterizacija vedenja tkivnega stresa in njegovih posledic za načrtovanje ogrodja
V tem projektu je bilo razvitih več različnih geometrij ogrodja in izvedena je bila analiza končnih elementov, da bi razumeli mehanske lastnosti kostne strukture, njihovo vlogo pri razvoju tkiva in največjo porazdelitev napetosti in deformacij v ogrodju.Poleg struktur ogrodja, zasnovanih s CAD, so bili zbrani računalniško tomografski (CT) vzorci trabekularne kosti.Te zasnove vam omogočajo ustvarjanje in testiranje prototipov ter izvedbo FEM teh zasnov.Mehanske meritve mikrodeformacij so bile izvedene na izdelanih ogrodjih in trabekularnih vzorcih glave stegnenice, ti rezultati pa so bili primerjani s tistimi, pridobljenimi s FEA za iste strukture.Menijo, da so mehanske lastnosti odvisne od oblikovane oblike (strukture) por, velikosti por (120, 340 in 600 µm) in pogojev obremenitve (z ali brez obremenitvenih blokov).Spremembe teh parametrov so bile raziskane za porozne okvire 8 mm3, 22,7 mm3 in 1000 mm3, da bi celovito preučili njihov vpliv na porazdelitev napetosti.Rezultati poskusov in simulacij kažejo, da ima geometrijska zasnova strukture pomembno vlogo pri porazdelitvi napetosti, in poudarjajo velik potencial zasnove ogrodja za izboljšanje regeneracije kosti.Na splošno je velikost por pomembnejša od ravni poroznosti pri določanju splošne največje ravni napetosti.Vendar pa je stopnja poroznosti pomembna tudi pri določanju osteokonduktivnosti struktur ogrodja.Ko se stopnja poroznosti poveča s 30 % na 70 %, se največja vrednost napetosti znatno poveča za enako velikost por.
Velikost por ogrodja je prav tako pomembna za metodo izdelave.Vse sodobne metode hitre izdelave prototipov imajo določene omejitve.Medtem ko je običajna izdelava bolj vsestranska, je bolj zapletenih in manjših modelov pogosto nemogoče izdelati.Večina teh tehnologij trenutno nominalno ne more trajnostno proizvesti por pod 500 µm.Tako so rezultati z velikostjo por 600 µm v tem delu najbolj pomembni za proizvodne zmogljivosti trenutnih tehnologij hitre proizvodnje.Predstavljena heksagonalna struktura bi bila, čeprav obravnavana le enosmerno, najbolj anizotropna struktura v primerjavi s strukturami, ki temeljijo na kocki in trikotniku.Kubične in trikotne strukture so relativno izotropne v primerjavi s heksagonalnimi strukturami.Anizotropija je pomembna pri upoštevanju osteokonduktivnosti oblikovanega ogrodja.Porazdelitev napetosti in lokacija odprtine vplivata na proces preoblikovanja, različni pogoji obremenitve pa lahko spremenijo največjo vrednost napetosti in njeno lokacijo.Prevladujoča smer obremenitve mora spodbujati velikost in porazdelitev por, da omogoči celicam, da rastejo v večje pore in zagotovijo hranila in gradbene materiale.Še en zanimiv zaključek tega dela, s preučevanjem porazdelitve napetosti v prečnem prerezu stebrov, je, da so višje vrednosti napetosti zabeležene na površini stebrov v primerjavi s središčem.V tem delu je bilo dokazano, da so velikost por, stopnja poroznosti in metoda obremenitve tesno povezani s stopnjami napetosti v strukturi.Te ugotovitve kažejo na možnost ustvarjanja struktur opornikov, pri katerih se ravni napetosti na površini opornikov lahko spreminjajo v večji meri, kar lahko spodbuja pritrditev in rast celic.
Ogrodje iz sintetičnih kostnih nadomestkov ponuja priložnost za individualno prilagajanje lastnosti, premagovanje omejene razpoložljivosti darovalcev in izboljšanje osteointegracije.Namen kostnega inženiringa je reševanje teh težav z zagotavljanjem visokokakovostnih presadkov, ki jih je mogoče dobaviti v velikih količinah.Pri teh aplikacijah sta tako notranja kot zunanja geometrija ogrodja velikega pomena, saj pomembno vplivata na mehanske lastnosti, prepustnost in celično proliferacijo.Tehnologija hitre izdelave prototipov omogoča uporabo nestandardnih materialov z dano in optimizirano geometrijo, izdelanih z visoko natančnostjo.Ta članek raziskuje zmožnost tehnik 3D tiskanja za izdelavo kompleksnih geometrij skeletnih odrov z uporabo biokompatibilnih materialov kalcijevega fosfata.Predhodne študije zaščitenega materiala kažejo, da je mogoče doseči predvideno usmerjeno mehansko obnašanje.Dejanske meritve usmerjenih mehanskih lastnosti izdelanih vzorcev so pokazale enake trende kot rezultati analize končnih elementov (FEM).To delo tudi prikazuje izvedljivost 3D-tiskanja za izdelavo geometrijskih odrov tkivnega inženirstva iz biokompatibilnega kalcijevega fosfatnega cementa.Ogrodja so bila izdelana s tiskanjem z vodno raztopino dinatrijevega hidrogenfosfata na praškasto plast, sestavljeno iz homogene zmesi kalcijevega hidrogenfosfata in kalcijevega hidroksida.Reakcija mokrega kemičnega nanašanja poteka v prašni postelji 3D-tiskalnika.Izdelani so bili trdni vzorci za merjenje mehanskih lastnosti volumetričnega stiskanja izdelanega kalcijevega fosfatnega cementa (CPC).Tako izdelani deli so imeli povprečni modul elastičnosti 3,59 MPa in povprečno tlačno trdnost 0,147 MPa.Sintranje povzroči znatno povečanje kompresijskih lastnosti (E = 9,15 MPa, σt = 0,483 MPa), vendar zmanjša specifično površino materiala.Kalcijev fosfatni cement zaradi sintranja razpade na β-trikalcijev fosfat (β-TCP) in hidroksiapatit (HA), kar potrjujejo podatki termogravimetrične in diferencialne termične analize (TGA/DTA) ter rentgenske difrakcijske analize ( XRD).lastnosti so nezadostne za visoko obremenjene vsadke, kjer je zahtevana trdnost od 1,5 do 150 MPa, tlačna togost pa presega 10 MPa.Vendar pa lahko nadaljnja naknadna obdelava, kot je infiltracija z biološko razgradljivimi polimeri, naredi te strukture primerne za aplikacije stentov.
Cilj: Raziskave v mehaniki tal so pokazale, da vibracije, uporabljene na agregatih, povzročijo učinkovitejšo poravnavo delcev in zmanjšanje energije, potrebne za delovanje na agregat.Naš cilj je bil razviti metodo za vpliv vibracij na proces impakcije kosti in oceniti njen vpliv na mehanske lastnosti impaktiranih presadkov.
Faza 1: Mletje 80 glav goveje stegnenice z mlinom za kosti Noviomagus.Cepiče smo nato sprali s sistemom za pranje s pulzno fiziološko raztopino na sitastem pladnju.Razvita je bila vibro-udarna naprava, opremljena z dvema 15 V DC motorjema z ekscentričnimi utežmi, pritrjenimi v kovinskem cilindru.Z določene višine 72-krat vrzite nanjo utež, da poustvarite postopek udarca v kost.Preizkušeno je bilo frekvenčno območje vibracij, izmerjeno z merilnikom pospeška, nameščenim v vibracijski komori.Vsak strižni preskus je bil nato ponovljen pri štirih različnih normalnih obremenitvah, da bi dobili vrsto krivulj napetosti in deformacije.Za vsak preskus so bile izdelane Mohr-Coulombove ovojnice odpovedi, iz katerih so bile izpeljane vrednosti strižne trdnosti in blokade.
Faza 2: Ponovite poskus z dodajanjem krvi, da posnemate bogato okolje, ki ga srečate v kirurških okoljih.
Faza 1: Presadki s povečanimi vibracijami pri vseh frekvencah vibracij so pokazali večjo strižno trdnost v primerjavi z udarci brez vibracij.Vibracije pri 60 Hz so imele največji vpliv in so bile pomembne.
Faza 2: Cepljenje z dodatnim vibracijskim vplivom v nasičenih agregatih je pokazalo nižjo strižno trdnost za vse običajne tlačne obremenitve kot udarec brez vibracij.
Zaključek: Načela gradbeništva so uporabna za implantacijo implantirane kosti.Pri suhih agregatih lahko dodatek vibracij izboljša mehanske lastnosti udarnih delcev.V našem sistemu je optimalna frekvenca vibriranja 60 Hz.V nasičenih agregatih povečanje vibracij negativno vpliva na strižno trdnost agregata.To je mogoče pojasniti s postopkom utekočinjanja.
Namen tega dela je bil oblikovati, zgraditi in preizkusiti sistem, ki lahko moti subjekte, ki na njem stojijo, da bi ocenili njihovo sposobnost odzivanja na te spremembe.To lahko storite tako, da površino, na kateri oseba stoji, hitro nagnete in nato vrnete v vodoravni položaj.Iz tega je mogoče ugotoviti, ali so preiskovanci uspeli ohraniti stanje ravnovesja in koliko časa so potrebovali, da so ponovno vzpostavili to stanje ravnotežja.To stanje ravnovesja bo določeno z merjenjem vpliva subjektove drže.Njihovo naravno posturalno nihanje je bilo izmerjeno s ploščo s profilom pritiska stopala, da se ugotovi, koliko je bilo nihanje med preskusom.Sistem je zasnovan tudi tako, da je bolj vsestranski in cenovno dostopnejši od trenutno komercialno dostopnih, ker so ti stroji sicer pomembni za raziskave, vendar se zaradi visokih stroškov trenutno ne uporabljajo široko.Novo razviti sistem, predstavljen v tem članku, je bil uporabljen za premikanje testnih predmetov, težkih do 100 kg.
V tem delu je bilo šest laboratorijskih eksperimentov v tehniki in fiziki zasnovanih za izboljšanje učnega procesa študentov.To se doseže z namestitvijo in ustvarjanjem virtualnih instrumentov za te poskuse.Uporabo virtualnih instrumentov neposredno primerjamo s tradicionalnimi laboratorijskimi učnimi metodami in obravnavamo osnove za razvoj obeh pristopov.Prejšnje delo z uporabo računalniško podprtega učenja (CBL) v podobnih projektih, povezanih s tem delom, je bilo uporabljeno za ovrednotenje nekaterih prednosti virtualnih instrumentov, zlasti tistih, povezanih s povečanim zanimanjem študentov, ohranjanjem spomina, razumevanjem in končno laboratorijskim poročanjem..povezane ugodnosti.Virtualni eksperiment, o katerem razpravljamo v tej študiji, je revidirana različica eksperimenta tradicionalnega sloga in tako zagotavlja neposredno primerjavo nove tehnike CBL z laboratorijem tradicionalnega sloga.Konceptualne razlike med različicama eksperimenta ni, razlika je le v načinu predstavitve.Učinkovitost teh metod CBL je bila ocenjena z opazovanjem uspešnosti učencev, ki uporabljajo virtualni instrument, v primerjavi z drugimi učenci v istem razredu, ki izvajajo tradicionalni eksperimentalni način.Vsi učenci so ocenjeni s predložitvijo poročil, izbirnih vprašanj, povezanih z njihovimi poskusi, in vprašalnikov.Rezultate te študije smo primerjali tudi z drugimi sorodnimi študijami na področju CBL.
Čas objave: 19. februarja 2023