Syftet med detta arbete är att utveckla en automatiserad laserbearbetningsprocess med hög dimensionell noggrannhet och förutbestämda processkostnader.Detta arbete inkluderar analys av storleks- och kostnadsprediktionsmodeller för lasertillverkning av interna Nd:YVO4-mikrokanaler i PMMA och intern laserbearbetning av polykarbonat för tillverkning av mikrofluidiska enheter.För att uppnå dessa projektmål jämförde ANN och DoE storleken och kostnaderna för CO2- och Nd:YVO4-lasersystem.En komplett implementering av återkopplingsstyrning med submikron noggrannhet för linjär positionering med återkoppling från kodaren implementeras.I synnerhet styrs automatisering av laserstrålning och provpositionering av FPGA.Fördjupad kunskap om Nd:YVO4-systemets driftsprocedurer och programvara gjorde att styrenheten kunde ersättas med en Compact-Rio Programmerbar Automation Controller (PAC), vilket åstadkoms i steget High Resolution Feedback 3D Positioning av LabVIEW Code Control Submicron Encoders .Full automatisering av denna process i LabVIEW-kod är under utveckling.Nuvarande och framtida arbete inkluderar mätningar av dimensionell noggrannhet, precision och reproducerbarhet av designsystem, och relaterad optimering av mikrokanalgeometri för mikroflödes- och laboratorieutrustning-på-ett-chip-tillverkning för kemiska/analytiska tillämpningar och separationsvetenskap.
Många tillämpningar av gjutna halvhårda metalldelar (SSM) kräver utmärkta mekaniska egenskaper.Enastående mekaniska egenskaper som slitstyrka, hög hållfasthet och styvhet beror på de mikrostrukturegenskaper som skapas av den ultrafina kornstorleken.Denna kornstorlek beror vanligtvis på SSM:s optimala bearbetbarhet.SSM-gjutgods innehåller dock ofta kvarvarande porositet, vilket är extremt skadligt för prestandan.I detta arbete kommer de viktiga processerna att gjuta halvhårda metaller för att erhålla delar av högre kvalitet att utforskas.Dessa delar bör ha minskad porositet och förbättrade mikrostrukturella egenskaper, inklusive ultrafin kornstorlek och jämn fördelning av härdande fällningar och legeringsmikroelementsammansättning.I synnerhet kommer tids-temperaturförbehandlingsmetodens inverkan på utvecklingen av den önskade mikrostrukturen att analyseras.Egenskaper till följd av massaförbättringen, såsom ökningar i styrka, hårdhet och styvhet, kommer att undersökas.
Detta arbete är en studie av lasermodifiering av ytan på H13 verktygsstål med hjälp av ett pulsat laserbearbetningsläge.Den initiala experimentella screeningplanen som genomfördes resulterade i en mer optimerad detaljplan.En koldioxidlaser (CO2) med en våglängd på 10,6 µm används.I den experimentella planen för studien användes laserfläckar av tre olika storlekar: 0,4, 0,2 och 0,09 mm i diameter.Andra kontrollerbara parametrar är lasertoppeffekt, pulsrepetitionshastighet och pulsöverlappning.Argongas vid ett tryck på 0,1 MPa hjälper konstant laserbearbetning.Prov H13 ruggades upp och etsades kemiskt före bearbetning för att öka ytabsorptionsförmågan vid CO2-laservåglängden.Laserbehandlade prover preparerades för metallografiska studier och deras fysikaliska och mekaniska egenskaper karakteriserades.Metallografiska studier och analyser av den kemiska sammansättningen utfördes med användning av svepelektronmikroskopi i kombination med energidispersiv röntgenspektrometri.Kristallinitet och fasdetektering av den modifierade ytan utfördes med användning av ett XRD-system med Cu Ka-strålning och en våglängd på 1,54 Å.Ytprofilen mäts med hjälp av ett stiftprofileringssystem.Hårdhetsegenskaperna hos de modifierade ytorna mättes med Vickers diamantmikrointryckning.Ytjämnhetens inverkan på de modifierade ytornas utmattningsegenskaper studerades med ett specialtillverkat termiskt utmattningssystem.Det har observerats att det är möjligt att erhålla modifierade ytkorn med ultrafina storlekar på mindre än 500 nm.Förbättrat ytdjup i intervallet 35 till 150 µm uppnåddes på laserbehandlade H13-prover.Kristalliniteten hos den modifierade H13-ytan reduceras avsevärt, vilket är förknippat med en slumpmässig fördelning av kristalliter efter laserbehandling.Den lägsta korrigerade genomsnittliga ytråheten för H13 Ra är 1,9 µm.En annan viktig upptäckt är att hårdheten hos den modifierade H13-ytan sträcker sig från 728 till 905 HV0.1 vid olika laserinställningar.Ett samband mellan termiska simuleringsresultat (uppvärmnings- och kylningshastigheter) och hårdhetsresultat etablerades för att ytterligare förstå effekten av laserparametrar.Dessa resultat är viktiga för utvecklingen av ythärdningsmetoder för att förbättra slitstyrkan och värmeavskärmande beläggningar.
Parametriska slagegenskaper för solida sportbollar för att utveckla typiska kärnor för GAA-sliotar
Huvudmålet med denna studie är att karakterisera det dynamiska beteendet hos sliotarkärnan vid kollisionen.De viskoelastiska egenskaperna hos bollen utfördes för en rad anslagshastigheter.Moderna polymersfärer är känsliga för töjningshastighet, medan traditionella flerkomponentsfärer är töjningsberoende.Det olinjära viskoelastiska svaret definieras av två styvhetsvärden: initial styvhet och bulkstyvhet.Traditionella bollar är 2,5 gånger styvare än moderna bollar, beroende på hastighet.Den snabbare ökningen av styvheten hos konventionella bollar resulterar i en mer icke-linjär COR kontra hastighet jämfört med moderna bollar.De dynamiska styvhetsresultaten visar begränsad tillämpbarhet av kvasistatiska tester och fjäderteoretiska ekvationer.En analys av beteendet hos sfärisk deformation visar att förskjutningen av tyngdpunkten och diametral kompression inte är konsekventa för alla typer av sfärer.Genom omfattande prototypexperiment undersöktes effekten av tillverkningsförhållanden på bollens prestanda.Produktionsparametrarna temperatur, tryck och materialsammansättning varierade för att producera en rad bollar.Polymerens hårdhet påverkar styvheten men inte energiförlusten, ökad styvhet ökar bollens styvhet.Kärnbildande tillsatser påverkar bollens reaktivitet, en ökning av mängden tillsatser leder till en minskning av bollens reaktivitet, men denna effekt är känslig för polymerkvaliteten.Numerisk analys utfördes med hjälp av tre matematiska modeller för att simulera bollens svar på stöten.Den första modellen visade sig endast i begränsad omfattning kunna reproducera bollens beteende, även om den tidigare framgångsrikt använts på andra typer av bollar.Den andra modellen visade en rimlig representation av bollslagsrespons som var allmänt tillämplig på alla testade bolltyper, men kraft-förskjutningssvarsförutsägelsen var inte så hög som skulle krävas för storskalig implementering.Den tredje modellen visade signifikant bättre noggrannhet vid simulering av bollsvar.Kraftvärdena som genereras av modellen för denna modell överensstämmer till 95% med experimentdata.
Detta arbete uppnådde två huvudmål.Den ena är konstruktionen och tillverkningen av en kapillärviskosimeter för hög temperatur, och den andra är halvfast metallflödessimulering för att hjälpa till med design och tillhandahålla data för jämförelsesyften.En kapillärviskosimeter med hög temperatur byggdes och användes för initial testning.Enheten kommer att användas för att mäta viskositeten hos halvhårda metaller under förhållanden med höga temperaturer och skjuvhastigheter liknande de som används inom industrin.Kapillärviskosimetern är ett enpunktssystem som kan beräkna viskositeten genom att mäta flödet och tryckfallet över kapillären, eftersom viskositeten är direkt proportionell mot tryckfallet och omvänt proportionell mot flödet.Designkriterier inkluderar krav på välkontrollerade temperaturer upp till 800ºC, insprutningsskjuvhastigheter över 10 000 s-1 och kontrollerade insprutningsprofiler.En tvådimensionell tvåfasig teoretisk tidsberoende modell utvecklades med hjälp av programvaran FLUENT för beräkningsvätskedynamik (CFD).Detta har använts för att utvärdera viskositeten hos halvfasta metaller när de passerar genom en designad kapillärviskosimeter vid insprutningshastigheter på 0,075, 0,5 och 1 m/s.Effekten av en fraktion av metalliska fasta ämnen (fs) från 0,25 till 0,50 undersöktes också.För kraftlagsekvationen som användes för att utveckla Fluent-modellen noterades en stark korrelation mellan dessa parametrar och den resulterande viskositeten.
Denna artikel undersöker effekten av processparametrar på produktionen av Al-SiC metallmatriskompositer (MMC) i en satsvis komposteringsprocess.Processparametrar som studerades inkluderade omrörarens hastighet, omrörarens tid, omrörarens geometri, omrörarens position, metallisk vätsketemperatur (viskositet).Visuella simuleringar utfördes vid rumstemperatur (25±C), datorsimuleringar och verifieringstester för tillverkning av MMC Al-SiC.I visuella simuleringar och datorsimuleringar användes vatten och glycerin/vatten för att representera flytande respektive halvfast aluminium.Effekterna av viskositeter på 1, 300, 500, 800 och 1000 mPas och omrörningshastigheter på 50, 100, 150, 200, 250 och 300 rpm undersöktes.10 rullar per styck.% förstärkta SiC-partiklar, liknande de som används i aluminium MMK, användes i visualisering och beräkningstest.Avbildningstester utfördes i klara glasbägare.Beräkningssimuleringar utfördes med Fluent (CFD-program) och det valfria MixSim-paketet.Detta inkluderar 2D axisymmetrisk flerfas tidsberoende simulering av produktionsvägar med hjälp av Eulerian (granulär) modell.Beroendet av partikeldispergeringstid, sedimenteringstid och virvelhöjd på blandningsgeometrin och omrörarens rotationshastighet har fastställts.För en omrörare med °at-paddlar har en paddelvinkel på 60 grader visat sig vara bättre lämpad för att snabbt få en jämn spridning av partiklar.Som ett resultat av dessa tester fann man att för att erhålla en jämn fördelning av SiC var omrörningshastigheten 150 rpm för vatten-SiC-systemet och 300 rpm för glycerol/vatten-SiC-systemet.Det visade sig att en ökning av viskositeten från 1 mPa·s (för flytande metall) till 300 mPa·s (för halvfast metall) hade en enorm inverkan på spridningen och avsättningstiden för SiC.En ytterligare ökning från 300 mPa·s till 1000 mPa·s har dock liten effekt på denna tid.En betydande del av detta arbete inkluderade design, konstruktion och validering av en dedikerad snabbhärdande gjutmaskin för denna högtemperaturbehandlingsmetod.Maskinen består av en omrörare med fyra platta blad i en vinkel på 60 grader och en degel i en ugnskammare med resistiv uppvärmning.Installationen inkluderar ett ställdon som snabbt släcker den bearbetade blandningen.Denna utrustning används för tillverkning av Al-SiC-kompositmaterial.Generellt sett fann man god överensstämmelse mellan visualisering, beräkning och experimentella testresultat.
Det finns många olika snabba prototyptekniker (RP) som har utvecklats för storskalig användning främst under det senaste decenniet.Snabba prototypsystem som är kommersiellt tillgängliga idag använder en mängd olika teknologier som använder papper, vax, ljushärdande hartser, polymerer och nya metallpulver.Projektet inkluderade en snabb prototypmetod, Fused Deposition Modeling, som först kommersialiserades 1991. I detta arbete utvecklades och användes en ny version av systemet för modellering genom ytbeläggning med vax.Detta projekt beskriver den grundläggande utformningen av systemet och vaxdeponeringsmetoden.FDM-maskiner skapar delar genom att extrudera halvsmält material på en plattform i ett förutbestämt mönster genom uppvärmda munstycken.Extruderingsmunstycket är monterat på ett XY-bord som styrs av ett datorsystem.I kombination med automatisk kontroll av kolvmekanismen och placeringen av insättaren produceras exakta modeller.Enstaka lager av vax staplas ovanpå varandra för att skapa 2D- och 3D-objekt.Vaxets egenskaper har också analyserats för att optimera tillverkningsprocessen av modellerna.Dessa inkluderar vaxets fasövergångstemperatur, vaxets viskositet och formen på vaxdroppen under bearbetningen.
Under de senaste fem åren har forskarteam vid City University Dublin Division Science Cluster utvecklat två lasermikrobearbetningsprocesser som kan skapa kanaler och voxlar med reproducerbar upplösning i mikronskala.Fokus för detta arbete ligger på användningen av anpassade material för att isolera målbiomolekyler.Preliminärt arbete visar att nya morfologier av kapillärblandning och ytkanaler kan skapas för att förbättra separationsförmågan.Detta arbete kommer att fokusera på tillämpningen av tillgängliga mikrobearbetningsverktyg för att designa ytgeometrier och kanaler som kommer att ge förbättrad separation och karakterisering av biologiska system.Tillämpningen av dessa system kommer att följa lab-on-a-chip-metoden för biodiagnostiska ändamål.Enheter gjorda med denna utvecklade teknik kommer att användas i projektets mikrofluidlaboratorium på ett chip.Målet med projektet är att använda experimentell design, optimering och simuleringstekniker för att tillhandahålla ett direkt samband mellan laserbehandlingsparametrar och mikro- och nanoskala kanalegenskaper, och att använda denna information för att förbättra separationskanalerna i dessa mikroteknologier.Specifika resultat från arbetet inkluderar: kanaldesign och ytmorfologi för att förbättra separationsvetenskapen;monolitiska stadier av pumpning och extraktion i integrerade flis;separation av utvalda och extraherade målbiomolekyler på integrerade chips.
Generering och kontroll av temporala temperaturgradienter och longitudinella profiler längs kapillära LC-kolonner med hjälp av Peltier-matriser och infraröd termografi
En ny direktkontaktplattform för noggrann temperaturkontroll av kapillärpelare har utvecklats baserat på användningen av seriellt arrangerade individuellt styrda termoelektriska Peltier-celler.Plattformen ger snabb temperaturkontroll för kapillär- och mikro-LC-kolonner och tillåter samtidig programmering av tids- och rumstemperaturer.Plattformen arbetar över ett temperaturområde på 15 till 200°C med en ramphastighet på cirka 400°C/min för var och en av de 10 inriktade Peltier-cellerna.Systemet har utvärderats för flera icke-standardiserade kapillärbaserade mätlägen, såsom direkt tillämpning av temperaturgradienter med linjära och icke-linjära profiler, inklusive statiska kolonntemperaturgradienter och temporala temperaturgradienter, exakta temperaturkontrollerade gradienter, polymeriserad kapillär monolitisk stationära faser, och tillverkning av monolitiska faser i mikrofluidkanaler (på ett chip).Instrumentet kan användas med standard- och kolonnkromatografisystem.
Elektrohydrodynamisk fokusering i en tvådimensionell plan mikrofluidisk enhet för förkoncentration av små analyter
Detta arbete inkluderar elektrohydrodynamisk fokusering (EHDF) och fotonöverföring för att underlätta utvecklingen av föranrikning och artidentifiering.EHDF är en jonbalanserad fokuseringsmetod som bygger på att upprätta en balans mellan hydrodynamiska och elektriska krafter, där jonerna av intresse blir stationära.Denna studie presenterar en ny metod som använder en 2D öppen 2D platt rymdplan mikrofluidisk enhet istället för det konventionella mikrokanalsystemet.Sådana anordningar kan förkoncentrera stora mängder ämnen och är relativt lätta att tillverka.Denna studie presenterar resultaten av en nyutvecklad simulering med COMSOL Multiphysics® 3.5a.Resultaten av dessa modeller jämfördes med experimentella resultat för att testa de identifierade flödesgeometrierna och områden med hög koncentration.Den utvecklade numeriska mikrofluidmodellen jämfördes med tidigare publicerade experiment och resultaten var mycket konsekventa.Baserat på dessa simuleringar undersöktes en ny typ av fartyg för att ge optimala förhållanden för EHDF.Experimentella resultat med användning av chipet överträffade modellens prestanda.I de tillverkade mikrofluidchipsen observerades ett nytt läge, kallat lateral EGDP, när ämnet som studerades fokuserades vinkelrätt mot den applicerade spänningen.Eftersom detektion och avbildning är nyckelaspekter av sådana föranrikning och artidentifieringssystem.Numeriska modeller och experimentell verifiering av ljusutbredning och ljusintensitetsfördelning i tvådimensionella mikrofluidsystem presenteras.Den utvecklade numeriska modellen för ljusutbredning verifierades framgångsrikt experimentellt både i termer av den faktiska vägen för ljus genom systemet och i termer av intensitetsfördelning, vilket gav resultat som kan vara av intresse för att optimera fotopolymerisationssystem, såväl som för optiska detektionssystem med hjälp av kapillärer..
Beroende på geometrin kan mikrostrukturer användas inom telekommunikation, mikrofluidik, mikrosensorer, datalagring, glasskärning och dekorativ märkning.I detta arbete undersöktes förhållandet mellan inställningarna av parametrarna för Nd:YVO4- och CO2-lasersystemet och storleken och morfologin hos mikrostrukturer.De studerade parametrarna för lasersystemet inkluderar effekt P, pulsrepetitionshastighet PRF, antal pulser N och skanningshastighet U. Uppmätta utgångsdimensioner inkluderar ekvivalenta voxeldiametrar såväl som mikrokanalbredd, djup och ytjämnhet.Ett 3D-mikrobearbetningssystem utvecklades med en Nd:YVO4-laser (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) för att tillverka mikrostrukturer inuti polykarbonatprover.Mikrostrukturella voxlar har en diameter på 48 till 181 µm.Systemet ger också exakt fokusering genom att använda mikroskopobjektiv för att skapa mindre voxlar i intervallet 5 till 10 µm i soda-kalkglas, smält kiseldioxid och safirprover.En CO2-laser (1,5 kW, 10,6 µm, minsta pulslängd 26 µs) användes för att skapa mikrokanaler i soda-kalkglasproverna.Tvärsnittsformen på mikrokanalerna varierade mycket mellan v-spår, u-spår och ytliga ablationsställen.Storleken på mikrokanaler varierar också mycket: från 81 till 365 µm breda, från 3 till 379 µm djup och ytjämnhet från 2 till 13 µm, beroende på installationen.Mikrokanalstorlekar undersöktes enligt laserbearbetningsparametrar med användning av responsytmetodik (RSM) och design av experiment (DOE).De insamlade resultaten användes för att studera effekten av processparametrar på volymetrisk och massablationshastighet.Dessutom har en matematisk modell för termisk process utvecklats för att hjälpa till att förstå processen och göra det möjligt att förutsäga kanaltopologin innan den faktiska tillverkningen.
Metrologiindustrin letar alltid efter nya sätt att noggrant och snabbt utforska och digitalisera yttopografi, inklusive beräkning av parametrar för ytjämnhet och skapande av punktmoln (uppsättningar av tredimensionella punkter som beskriver en eller flera ytor) för modellering eller reverse engineering.system finns, och optiska system har ökat i popularitet under det senaste decenniet, men de flesta optiska profiler är dyra att köpa och underhålla.Beroende på typ av system kan optiska profiler också vara svåra att designa och deras bräcklighet kanske inte är lämplig för de flesta butiks- eller fabrikstillämpningar.Detta projekt omfattar utvecklingen av en profilerare som använder principerna för optisk triangulering.Det utvecklade systemet har en skanningsbordarea på 200 x 120 mm och ett vertikalt mätområde på 5 mm.Lasersensorns position ovanför målytan är också justerbar med 15 mm.Ett kontrollprogram utvecklades för automatisk skanning av användarvalda delar och ytor.Detta nya system kännetecknas av dimensionell noggrannhet.Det uppmätta maximala cosinusfelet för systemet är 0,07°.Systemets dynamiska noggrannhet mäts vid 2 µm i Z-axeln (höjd) och cirka 10 µm i X- och Y-axeln.Storleksförhållandet mellan de skannade delarna (mynt, skruvar, brickor och fiberlinsformar) var bra.Systemtester kommer också att diskuteras, inklusive profileringsbegränsningar och möjliga systemförbättringar.
Syftet med detta projekt är att utveckla och karakterisera ett nytt optiskt höghastighetssystem online för ytdefektinspektion.Styrsystemet är baserat på principen om optisk triangulering och ger en beröringsfri metod för att bestämma den tredimensionella profilen av diffusa ytor.Huvudkomponenterna i utvecklingssystemet inkluderar en diodlaser, en CCf15 CMOS-kamera och två PC-styrda servomotorer.Provrörelser, bildtagning och 3D-ytprofilering programmeras i LabView-mjukvaran.Kontroll av insamlad data kan underlättas genom att skapa ett program för virtuell rendering av en 3D-skannad yta och beräkna de erforderliga parametrarna för ytjämnhet.Servomotorer används för att flytta provet i X- och Y-riktningarna med en upplösning på 0,05 µm.Den utvecklade beröringsfria online ytprofileraren kan utföra snabb skanning och högupplöst ytinspektion.Det utvecklade systemet används framgångsrikt för att skapa automatiska 2D ytprofiler, 3D ytprofiler och ytjämnhetsmätningar på ytan av olika provmaterial.Den automatiska inspektionsutrustningen har ett XY-skanningsområde på 12 x 12 mm.För att karakterisera och kalibrera det utvecklade profileringssystemet jämfördes ytprofilen uppmätt av systemet med samma yta uppmätt med optiskt mikroskop, binokulärt mikroskop, AFM och Mitutoyo Surftest-402.
Kraven på produkternas kvalitet och de material som används i dem blir mer och mer krävande.Lösningen på många problem med visuell kvalitetssäkring (QA) är användningen av automatiserade ytinspektionssystem i realtid.Detta kräver en enhetlig produktkvalitet med hög genomströmning.Därför behövs system som är 100 % kapabla att testa material och ytor i realtid.För att uppnå detta mål ger kombinationen av laserteknik och datorstyrteknik en effektiv lösning.I detta arbete utvecklades ett höghastighets-, lågkostnads- och högprecisionsberöringsfritt laserskanningssystem.Systemet kan mäta tjockleken på solida ogenomskinliga föremål med hjälp av principen för laseroptisk triangulering.Det utvecklade systemet säkerställer noggrannheten och reproducerbarheten av mätningar på mikrometernivå.
Syftet med detta projekt är att designa och utveckla ett laserinspektionssystem för detektering av ytdefekter och utvärdera dess potential för inline-applikationer med hög hastighet.Huvudkomponenterna i detektionssystemet är en laserdiodmodul som belysningskälla, en CMOS-kamera för direktåtkomst som detekteringsenhet och ett XYZ-översättningssteg.Algoritmer för att analysera data som erhållits genom att skanna olika provytor utvecklades.Styrsystemet bygger på principen om optisk triangulering.Laserstrålen infaller snett på provytan.Skillnaden i ythöjd tas sedan som den horisontella rörelsen av laserfläcken över provytan.Detta gör att höjdmätningar kan göras med hjälp av trianguleringsmetoden.Det utvecklade detektionssystemet kalibreras först för att erhålla en omvandlingsfaktor som kommer att återspegla förhållandet mellan förskjutningen av den punkt som mäts av sensorn och den vertikala förskjutningen av ytan.Experimenten utfördes på olika ytor av provmaterialen: mässing, aluminium och rostfritt stål.Det utvecklade systemet kan noggrant generera en 3D topografisk karta över defekter som uppstår under drift.En rumslig upplösning på cirka 70 µm och en djupupplösning på 60 µm uppnåddes.Systemets prestanda verifieras också genom att mäta noggrannheten på uppmätta avstånd.
Höghastighetsfiberlaserskanningssystem används i automatiserade industriella tillverkningsmiljöer för att upptäcka ytdefekter.Modernare metoder för att upptäcka ytdefekter inkluderar användningen av optiska fibrer för belysning och komponentdetektering.Denna avhandling inkluderar design och utveckling av ett nytt höghastighetsoptoelektroniskt system.I detta dokument undersöks två källor till lysdioder, lysdioder (ljusemitterande dioder) och laserdioder.En rad med fem emitterande dioder och fem mottagande fotodioder är placerade mittemot varandra.Datainsamlingen kontrolleras och analyseras av en PC med hjälp av programvaran LabVIEW.Systemet används för att mäta måtten på ytdefekter som hål (1 mm), blinda hål (2 mm) och skåror i olika material.Resultaten visar att även om systemet i första hand är avsett för 2D-skanning, kan det också fungera som ett begränsat 3D-bildsystem.Systemet visade också att alla studerade metalliska material kunde reflektera infraröda signaler.En nyutvecklad metod som använder en rad lutande fibrer gör att systemet kan uppnå justerbar upplösning med en maximal systemupplösning på cirka 100 µm (uppsamlande fiberdiameter).Systemet har framgångsrikt använts för att mäta ytprofil, ytjämnhet, tjocklek och reflektionsförmåga hos olika material.Aluminium, rostfritt stål, mässing, koppar, tuffnol och polykarbonat kan testas med detta system.Fördelarna med detta nya system är snabbare upptäckt, lägre kostnad, mindre storlek, högre upplösning och flexibilitet.
Designa, bygg och testa nya system för att integrera och distribuera ny miljösensorteknologi.Särskilt lämplig för övervakning av fekala bakterier
Modifiering av mikro-nanostrukturen för solcellspaneler i kisel för att förbättra energiförsörjningen
En av de stora tekniska utmaningarna som det globala samhället står inför idag är hållbar energiförsörjning.Det är dags för samhället att börja förlita sig mycket på förnybara energikällor.Solen förser jorden med gratis energi, men moderna metoder för att använda denna energi i form av elektricitet har vissa begränsningar.När det gäller fotovoltaiska celler är huvudproblemet den otillräckliga effektiviteten av att samla in solenergi.Lasermikrobearbetning används vanligtvis för att skapa sammankopplingar mellan fotovoltaiska aktiva skikt såsom glassubstrat, hydrerat kisel och zinkoxidskikt.Det är också känt att mer energi kan erhållas genom att öka ytan på en solcell, till exempel genom mikrobearbetning.Det har visat sig att ytprofildetaljer i nanoskala påverkar solcellers energiabsorptionseffektivitet.Syftet med detta dokument är att undersöka fördelarna med att anpassa mikro-, nano- och mesoskala solcellsstrukturer för att ge högre effekt.Att variera de tekniska parametrarna för sådana mikrostrukturer och nanostrukturer kommer att göra det möjligt att studera deras inverkan på yttopologin.Celler kommer att testas för den energi de producerar när de utsätts för experimentellt kontrollerade nivåer av elektromagnetiskt ljus.Ett direkt samband kommer att etableras mellan celleffektivitet och ytstruktur.
Metal Matrix Composites (MMC) håller snabbt på att bli främsta kandidater för rollen som strukturella material inom teknik och elektronik.Aluminium (Al) och koppar (Cu) förstärkta med SiC på grund av deras utmärkta termiska egenskaper (t.ex. låg värmeutvidgningskoefficient (CTE), hög värmeledningsförmåga) och förbättrade mekaniska egenskaper (t.ex. högre specifik hållfasthet, bättre prestanda).Det används ofta i olika industrier för slitstyrka och specifik modul.Nyligen har dessa högkeramiska MMC:er blivit en annan trend för temperaturkontrollapplikationer i elektroniska förpackningar.Typiskt, i kraftenhetspaket, används aluminium (Al) eller koppar (Cu) som en kylfläns eller basplatta för att ansluta till det keramiska substratet som bär chipet och tillhörande stiftstrukturer.Den stora skillnaden i termisk expansionskoefficient (CTE) mellan keramik och aluminium eller koppar är ofördelaktig eftersom den minskar förpackningens tillförlitlighet och även begränsar storleken på det keramiska substratet som kan fästas på substratet.
Givet denna brist är det nu möjligt att utveckla, undersöka och karakterisera nya material som uppfyller dessa krav på termiskt förbättrade material.Med förbättrad värmeledningsförmåga och värmeutvidgningskoefficient (CTE) egenskaper är MMC CuSiC och AlSiC nu hållbara lösningar för elektronikförpackningar.Detta arbete kommer att utvärdera de unika termofysiska egenskaperna hos dessa MMC och deras möjliga tillämpningar för termisk hantering av elektroniska paket.
Oljebolag upplever betydande korrosion i svetszonen av olje- och gasindustrisystem gjorda av kol och låglegerade stål.I miljöer som innehåller CO2 hänförs korrosionsskador vanligtvis till skillnader i hållfastheten hos skyddande korrosionsfilmer avsatta på olika mikrostrukturer av kolstål.Lokal korrosion i svetsmetallen (WM) och värmepåverkad zon (HAZ) beror främst på galvaniska effekter på grund av skillnader i legeringssammansättning och mikrostruktur.Basmetall (PM), WM och HAZ mikrostrukturella egenskaper undersöktes för att förstå effekten av mikrostruktur på korrosionsbeteendet hos svetsade fogar av mjukt stål.Korrosionstester utfördes i en 3,5% NaCl-lösning mättad med CO2 under syrefria förhållanden vid rumstemperatur (20±2°C) och pH 4,0±0,3.Karakterisering av korrosionsbeteende utfördes med elektrokemiska metoder för bestämning av öppen kretspotential, potentiodynamisk avsökning och linjär polarisationsresistans, såväl som allmän metallografisk karakterisering med optisk mikroskopi.De huvudsakliga morfologiska faserna som detekteras är nålformig ferrit, kvarhållen austenit och martensitisk-bainitisk struktur i WM.De är mindre vanliga i HAZ.Signifikant olika elektrokemiskt beteende och korrosionshastigheter hittades i PM, VM och HAZ.
Arbetet som täcks av detta projekt syftar till att förbättra den elektriska effektiviteten hos dränkbara pumpar.Kraven på pumpindustrin att röra sig i denna riktning har nyligen ökat med införandet av ny EU-lagstiftning som kräver att branschen som helhet uppnår nya och högre effektivitetsnivåer.Detta dokument analyserar användningen av en kylmantel för att kyla pumpens solenoidområde och föreslår designförbättringar.Speciellt kännetecknas vätskeflödet och värmeöverföringen i kylmanteln på driftpumpar.Förbättringar i manteldesign ger bättre värmeöverföring till pumpmotorområdet, vilket resulterar i förbättrad pumpeffektivitet samtidigt som det inducerade motståndet minskar.För detta arbete lades ett torrgropmonterat pumptestsystem till den befintliga 250 m3 testtanken.Detta möjliggör höghastighetskameraspårning av flödesfältet och en termisk bild av pumphuset.Flödesfältet som valideras av CFD-analys möjliggör experimentering, testning och jämförelse av alternativa konstruktioner för att hålla driftstemperaturerna så låga som möjligt.Den ursprungliga konstruktionen av M60-4-polig pump klarade en maximal extern pumphustemperatur på 45°C och en maximal statortemperatur på 90°C.Analys av olika modelldesigner visar vilka konstruktioner som är mer användbara för effektivare system och vilka som inte bör användas.I synnerhet har designen av den integrerade kylslingan ingen förbättring jämfört med den ursprungliga designen.Genom att öka antalet pumphjulsblad från fyra till åtta minskade driftstemperaturen uppmätt vid höljet med sju grader Celsius.
Kombinationen av hög effekttäthet och minskad exponeringstid vid metallbearbetning resulterar i en förändring i ytmikrostrukturen.Att erhålla den optimala kombinationen av laserprocessparametrar och kylningshastighet är avgörande för att ändra kornstrukturen och förbättra de tribologiska egenskaperna vid materialytan.Huvudmålet med denna studie var att undersöka effekten av snabb pulsad laserbehandling på de tribologiska egenskaperna hos kommersiellt tillgängliga metalliska biomaterial.Detta arbete ägnas åt laserytmodifiering av rostfritt stål AISI 316L och Ti-6Al-4V.En 1,5 kW pulsad CO2-laser användes för att studera inverkan av olika laserprocessparametrar och den resulterande ytmikrostrukturen och morfologin.Med användning av ett cylindriskt prov roterat vinkelrätt mot laserstrålningsriktningen varierades laserstrålningsintensiteten, exponeringstiden, energiflödestätheten och pulsbredden.Karakterisering utfördes med hjälp av SEM, EDX, nålgrovhetsmätningar och XRD-analys.En modell för förutsägelse av yttemperatur implementerades också för att ställa in de initiala parametrarna för den experimentella processen.Processkartläggning genomfördes sedan för att fastställa ett antal specifika parametrar för laserbehandling av ytan på det smälta stålet.Det finns en stark korrelation mellan belysningsstyrka, exponeringstid, bearbetningsdjup och grovhet hos det bearbetade provet.Ökat djup och grovhet hos mikrostrukturella förändringar associerades med högre exponeringsnivåer och exponeringstider.Genom att analysera det behandlade områdets grovhet och djup, används energifluens och yttemperaturmodeller för att förutsäga graden av smältning som kommer att inträffa på ytan.När interaktionstiden för laserstrålen ökar, ökar stålets ytråhet för olika studerade pulsenerginivåer.Medan ytstrukturen observerades bibehålla den normala inriktningen av kristallerna, observerades förändringar i kornorientering i de laserbehandlade områdena.
Analys och karakterisering av vävnadsstressbeteende och dess implikationer för byggnadsställningsdesign
I detta projekt har flera olika ställningsgeometrier utvecklats och finita elementanalys utfördes för att förstå benstrukturens mekaniska egenskaper, deras roll i vävnadsutvecklingen och den maximala fördelningen av stress och belastning i ställningen.Datortomografi (CT) skanningar av trabekulära benprover samlades in förutom ställningsstrukturer designade med CAD.Dessa konstruktioner låter dig skapa och testa prototyper, samt utföra FEM av dessa konstruktioner.Mekaniska mätningar av mikrodeformationer utfördes på tillverkade byggnadsställningar och trabekulära prover av lårbenets huvudben och dessa resultat jämfördes med de som erhölls av FEA för samma strukturer.Man tror att mekaniska egenskaper beror på den designade porformen (strukturen), porstorleken (120, 340 och 600 µm) och belastningsförhållandena (med eller utan lastblock).Förändringar i dessa parametrar undersöktes för porösa ramverk på 8 mm3, 22,7 mm3 och 1000 mm3 för att heltäckande studera deras effekt på spänningsfördelningen.Resultaten av experiment och simuleringar visar att den geometriska utformningen av strukturen spelar en viktig roll i fördelningen av stress, och belyser den stora potentialen hos ramkonstruktionen för att förbättra benregenerering.I allmänhet är porstorleken viktigare än porositetsnivån för att bestämma den totala maximala spänningsnivån.Nivån på porositet är emellertid också viktig för att bestämma osteokonduktiviteten hos ställningsstrukturer.När porositetsnivån ökar från 30 % till 70 %, ökar det maximala spänningsvärdet avsevärt för samma porstorlek.
Ställningens porstorlek är också viktig för tillverkningsmetoden.Alla moderna metoder för snabb prototypframställning har vissa begränsningar.Medan konventionell tillverkning är mer mångsidig, är mer komplexa och mindre konstruktioner ofta omöjliga att tillverka.De flesta av dessa teknologier är för närvarande nominellt oförmögna att på ett hållbart sätt producera porer under 500 µm.Således är resultaten med en porstorlek på 600 µm i detta arbete mest relevanta för produktionskapaciteten hos nuvarande snabbtillverkningsteknologier.Den presenterade hexagonala strukturen, även om den bara betraktas i en riktning, skulle vara den mest anisotropa strukturen jämfört med strukturerna baserade på kuben och triangeln.Kubiska och triangulära strukturer är relativt isotropa jämfört med hexagonala strukturer.Anisotropi är viktigt när man överväger osteokonduktiviteten hos den designade ställningen.Spänningsfördelning och öppningsläge påverkar ombyggnadsprocessen, och olika belastningsförhållanden kan ändra det maximala spänningsvärdet och dess placering.Den dominerande belastningsriktningen bör främja porstorlek och distribution för att tillåta celler att växa in i större porer och tillhandahålla näringsämnen och byggmaterial.En annan intressant slutsats av detta arbete, genom att undersöka spänningsfördelningen i pelarnas tvärsnitt, är att högre spänningsvärden registreras vid pelarnas yta jämfört med mitten.I detta arbete visades det att porstorleken, porositetsnivån och belastningsmetoden är nära relaterade till de spänningsnivåer som upplevs i strukturen.Dessa fynd visar på möjligheten att skapa stagstrukturer där spänningsnivåerna på stagytan kan variera i större utsträckning, vilket kan främja cellfästning och tillväxt.
Syntetiska benersättningsställningar erbjuder möjligheten att individuellt skräddarsy egenskaper, övervinna begränsad tillgång till donatorer och förbättra osseointegration.Benteknik syftar till att ta itu med dessa problem genom att tillhandahålla transplantat av hög kvalitet som kan levereras i stora mängder.I dessa applikationer är både den inre och yttre ställningsgeometrin av stor betydelse, eftersom de har en betydande inverkan på de mekaniska egenskaperna, permeabiliteten och cellproliferationen.Snabb prototypteknik tillåter användning av icke-standardiserade material med en given och optimerad geometri, tillverkade med hög precision.Denna artikel utforskar förmågan hos 3D-utskriftstekniker att tillverka komplexa geometrier av skelettställningar med hjälp av biokompatibla kalciumfosfatmaterial.Preliminära studier av det proprietära materialet visar att det förutspådda riktningsmekaniska beteendet kan uppnås.Faktiska mätningar av de riktningsmekaniska egenskaperna hos de tillverkade proverna visade samma trender som resultaten av finita elementanalys (FEM).Detta arbete visar också möjligheten av 3D-utskrift för att tillverka vävnadstekniska geometriska ställningar från ett biokompatibelt kalciumfosfatcement.Ramarna gjordes genom att trycka med en vattenlösning av dinatriumvätefosfat på ett pulverskikt bestående av en homogen blandning av kalciumvätefosfat och kalciumhydroxid.Den våta kemiska avsättningsreaktionen äger rum i 3D-skrivarens pulverbädd.Fasta prover gjordes för att mäta de mekaniska egenskaperna hos den volymetriska kompressionen av det tillverkade kalciumfosfatcementet (CPC).De sålunda framställda delarna hade en genomsnittlig elasticitetsmodul av 3,59 MPa och en genomsnittlig tryckhållfasthet av 0,147 MPa.Sintring leder till en betydande ökning av kompressionsegenskaper (E = 9,15 MPa, σt = 0,483 MPa), men minskar materialets specifika yta.Som ett resultat av sintring sönderdelas kalciumfosfatcement till β-trikalciumfosfat (β-TCP) och hydroxyapatit (HA), vilket bekräftas av data från termogravimetrisk och differentiell termisk analys (TGA/DTA) och röntgendiffraktionsanalys ( XRD).egenskaperna är otillräckliga för högbelastade implantat, där den erforderliga styrkan är från 1,5 till 150 MPa och tryckstyvheten överstiger 10 MPa.Ytterligare efterbearbetning, såsom infiltration med biologiskt nedbrytbara polymerer, kan dock göra dessa strukturer lämpliga för stentapplikationer.
Mål: Forskning inom jordmekanik har visat att vibrationer som appliceras på ballast resulterar i effektivare partikeluppriktning och en minskning av energin som krävs för att verka på ballasten.Vårt mål var att utveckla en metod för vibrations påverkan på benimpaktionsprocessen och utvärdera dess effekt på de mekaniska egenskaperna hos påverkade transplantat.
Fas 1: Fräsning av 80 lårbenshuvuden från nötkreatur med hjälp av en benkvarn från Noviomagus.Transplantaten tvättades sedan med användning av ett pulsat saltlösningstvättsystem på en siktbricka.En vibroslaganordning utvecklades, utrustad med två 15 V DC-motorer med excentriska vikter fixerade inuti en metallcylinder.Kasta en vikt på den från en given höjd 72 gånger för att återskapa processen att slå ett ben.Vibrationsfrekvensområdet mätt med en accelerometer installerad i vibrationskammaren testades.Varje skjuvtest upprepades sedan vid fyra olika normala belastningar för att erhålla en serie spännings-töjningskurvor.Mohr-Coulomb misslyckande kuvert konstruerades för varje test, från vilka skjuvhållfasthet och blockeringsvärden härleddes.
Fas 2: Upprepa experimentet genom att tillsätta blod för att replikera den rika miljö som förekommer i kirurgiska miljöer.
Steg 1: Graft med ökad vibration vid alla vibrationsfrekvenser visade högre skjuvhållfasthet jämfört med slag utan vibration.Vibration vid 60 Hz hade störst inverkan och var betydande.
Steg 2: Ympning med ytterligare vibrationspåverkan i mättade ballast visade lägre skjuvhållfasthet för alla normala tryckbelastningar än slag utan vibration.
Slutsats: Principerna för civilingenjör är tillämpliga på implantation av det implanterade benet.I torra ballastmaterial kan tillsatsen av vibrationer förbättra de mekaniska egenskaperna hos slagpartiklarna.I vårt system är den optimala vibrationsfrekvensen 60 Hz.I mättade ballast påverkar en ökning av vibration ballastens skjuvhållfasthet negativt.Detta kan förklaras av kondensationsprocessen.
Syftet med detta arbete var att designa, bygga och testa ett system som kan störa de personer som står på det för att bedöma deras förmåga att reagera på dessa förändringar.Detta kan göras genom att snabbt luta ytan som personen står på och sedan återställa den till horisontellt läge.Från detta är det möjligt att avgöra om försökspersonerna kunde upprätthålla ett jämviktstillstånd och hur lång tid det tog dem att återställa detta jämviktstillstånd.Detta jämviktstillstånd kommer att bestämmas genom att mäta patientens posturala inflytande.Deras naturliga posturala svajning mättes med en fottrycksprofilpanel för att fastställa hur mycket svaj var under testet.Systemet är också utformat för att vara mer mångsidigt och prisvärt än vad som för närvarande är kommersiellt tillgängligt eftersom dessa maskiner är viktiga för forskning, men de används för närvarande inte i stor utsträckning på grund av deras höga kostnad.Det nyutvecklade systemet som presenteras i denna artikel har använts för att flytta testobjekt som väger upp till 100 kg.
I detta arbete utformades sex laboratorieexperiment inom teknik och fysik för att förbättra inlärningsprocessen för studenter.Detta uppnås genom att installera och skapa virtuella instrument för dessa experiment.Användningen av virtuella instrument jämförs direkt med traditionella laboratorieundervisningsmetoder och grunden för utvecklingen av båda angreppssätten diskuteras.Tidigare arbete med datorstödd inlärning (CBL) i liknande projekt relaterade till detta arbete har använts för att utvärdera några av fördelarna med virtuella instrument, särskilt de som är relaterade till ökat elevintresse, minnesretention, förståelse och i slutändan labbrapportering..relaterade förmåner.Det virtuella experimentet som diskuteras i denna studie är en reviderad version av det traditionella stilexperimentet och ger därmed en direkt jämförelse av den nya CBL-tekniken med det traditionella stillabbet.Det finns ingen begreppsmässig skillnad mellan de två versionerna av experimentet, den enda skillnaden är hur det presenteras.Effektiviteten av dessa CBL-metoder utvärderades genom att observera prestanda hos elever som använder det virtuella instrumentet jämfört med andra elever i samma klass som utförde det traditionella experimentella läget.Alla studenter bedöms genom att skicka in rapporter, flervalsfrågor relaterade till deras experiment och frågeformulär.Resultaten av denna studie jämfördes också med andra relaterade studier inom området CBL.
Posttid: 2023-02-19