Cilj ovog rada je razviti automatizirani proces laserske obrade s visokom preciznošću dimenzija i unaprijed određenim troškovima procesa.Ovaj rad uključuje analizu modela predviđanja veličine i troškova za lasersku izradu unutarnjih Nd:YVO4 mikrokanala u PMMA i unutarnju lasersku obradu polikarbonata za izradu mikrofluidnih uređaja.Kako bi postigli ove ciljeve projekta, ANN i DoE usporedili su veličinu i cijenu CO2 i Nd:YVO4 laserskih sustava.Implementirana je cjelovita implementacija povratne sprege sa submikronskom preciznošću linearnog pozicioniranja s povratnom spregom iz enkodera.Konkretno, automatizaciju laserskog zračenja i pozicioniranje uzorka kontrolira FPGA.Detaljno poznavanje operativnih postupaka i softvera sustava Nd:YVO4 omogućilo je zamjenu upravljačke jedinice s Compact-Rio programabilnim automatiziranim kontrolerom (PAC), što je postignuto u koraku 3D pozicioniranja visoke rezolucije s povratnom informacijom LabVIEW Code Control Submicron Encoders .Potpuna automatizacija ovog procesa u LabVIEW kodu je u razvoju.Trenutačni i budući rad uključuje mjerenja točnosti dimenzija, preciznosti i ponovljivosti projektiranih sustava, te povezanu optimizaciju geometrije mikrokanala za izradu mikrofluidnih i laboratorijskih uređaja na čipu za kemijske/analitičke primjene i znanost o razdvajanju.
Brojne primjene lijevanih polutvrdih metalnih (SSM) dijelova zahtijevaju izvrsna mehanička svojstva.Izvanredna mehanička svojstva kao što su otpornost na trošenje, visoka čvrstoća i krutost ovise o značajkama mikrostrukture koje stvara ultra-fina veličina zrna.Ova veličina zrna obično ovisi o optimalnoj obradivosti SSM-a.Međutim, SSM odljevci često sadrže zaostalu poroznost, što je izuzetno štetno za performanse.U ovom radu će se istražiti važni procesi prešanja polutvrdih metala za dobivanje kvalitetnijih dijelova.Ti bi dijelovi trebali imati smanjenu poroznost i poboljšane mikrostrukturne karakteristike, uključujući ultra-finu veličinu zrna i jednoliku raspodjelu taloga otvrdnjavanja i sastav legirajućih mikroelemenata.Posebno će se analizirati utjecaj metode vremensko-temperaturne predobrade na razvoj željene mikrostrukture.Ispitat će se svojstva koja proizlaze iz poboljšanja mase, kao što su povećanje čvrstoće, tvrdoće i krutosti.
Ovaj rad je studija laserske modifikacije površine alatnog čelika H13 korištenjem impulsnog laserskog načina obrade.Provedeni početni eksperimentalni plan pregleda rezultirao je optimiziranim detaljnim planom.Koristi se laser s ugljikovim dioksidom (CO2) valne duljine 10,6 µm.U eksperimentalnom planu istraživanja korištene su laserske mrlje tri različite veličine: 0,4, 0,2 i 0,09 mm u promjeru.Ostali kontrolirani parametri su vršna snaga lasera, brzina ponavljanja impulsa i preklapanje impulsa.Plin argon pri tlaku od 0,1 MPa stalno pomaže lasersku obradu.Uzorak H13 je ohrapavljen i kemijski jetkan prije obrade kako bi se povećala površinska apsorpcija na valnoj duljini CO2 lasera.Laserski obrađeni uzorci pripremljeni su za metalografska istraživanja te su karakterizirana njihova fizikalna i mehanička svojstva.Metalografska istraživanja i analize kemijskog sastava obavljene su pomoću skenirajuće elektronske mikroskopije u kombinaciji s energetsko disperzivnom spektrometrijom X-zraka.Detekcija kristalnosti i faze modificirane površine provedena je pomoću XRD sustava s Cu Kα zračenjem i valnom duljinom od 1,54 Å.Profil površine se mjeri pomoću sustava za profiliranje igle.Svojstva tvrdoće modificiranih površina mjerena su Vickersovim dijamantnim mikroindentiranjem.Utjecaj hrapavosti površine na svojstva zamora modificiranih površina proučavan je pomoću posebno proizvedenog sustava toplinskog zamora.Uočeno je da je moguće dobiti modificirana površinska zrna s ultrafinim veličinama manjim od 500 nm.Poboljšana površinska dubina u rasponu od 35 do 150 µm postignuta je na laserski tretiranim uzorcima H13.Kristalnost modificirane površine H13 značajno je smanjena, što je povezano sa slučajnom raspodjelom kristalita nakon laserskog tretmana.Minimalna korigirana prosječna hrapavost površine H13 Ra je 1,9 µm.Drugo važno otkriće je da se tvrdoća modificirane H13 površine kreće od 728 do 905 HV0.1 pri različitim postavkama lasera.Uspostavljen je odnos između rezultata toplinske simulacije (brzine zagrijavanja i hlađenja) i rezultata tvrdoće kako bi se dalje razumio učinak laserskih parametara.Ovi su rezultati važni za razvoj metoda površinskog otvrdnjavanja za poboljšanje otpornosti na habanje i premaza za zaštitu od topline.
Parametarska udarna svojstva čvrstih sportskih lopti u svrhu razvoja tipičnih jezgri za GAA sliotar
Glavni cilj ovog istraživanja je karakterizirati dinamičko ponašanje jezgre sliotara pri udaru.Viskoelastične karakteristike lopte izvedene su za niz brzina udarca.Moderne polimerne kuglice osjetljive su na brzinu deformacije, dok tradicionalne višekomponentne kuglice ovise o deformaciji.Nelinearni viskoelastični odgovor definiran je dvjema vrijednostima krutosti: početnom krutošću i krutošću mase.Tradicionalne lopte su 2,5 puta tvrđe od modernih lopti, ovisno o brzini.Brža stopa povećanja krutosti konvencionalnih kugli rezultira nelinearnijim COR-om u odnosu na brzinu u usporedbi s modernim kuglama.Rezultati dinamičke krutosti pokazuju ograničenu primjenjivost kvazistatičkih testova i jednadžbi teorije opruga.Analiza ponašanja sferne deformacije pokazuje da pomak težišta i dijametralna kompresija nisu konzistentni za sve vrste kugli.Kroz opsežne pokuse izrade prototipova, istraživan je učinak proizvodnih uvjeta na performanse lopte.Parametri proizvodnje temperature, tlaka i sastava materijala varirali su kako bi se proizveo niz lopti.Tvrdoća polimera utječe na krutost, ali ne i na rasipanje energije, povećanjem krutosti povećava se krutost lopte.Dodaci za nukleaciju utječu na reaktivnost kuglice, povećanje količine aditiva dovodi do smanjenja reaktivnosti kuglice, ali ovaj učinak je osjetljiv na kvalitetu polimera.Numerička analiza provedena je pomoću tri matematička modela za simulaciju reakcije lopte na udarac.Prvi model se pokazao sposobnim reproducirati ponašanje lopte samo u ograničenoj mjeri, iako je prethodno bio uspješno korišten na drugim vrstama lopti.Drugi model pokazao je razuman prikaz odgovora na udar lopte koji je općenito bio primjenjiv na sve testirane tipove lopti, ali točnost predviđanja odziva sila-pomak nije bila tako visoka kao što bi se zahtijevalo za implementaciju velikih razmjera.Treći model pokazao je znatno bolju točnost pri simulaciji odgovora lopte.Vrijednosti sile koje je generirao model za ovaj model su 95% u skladu s eksperimentalnim podacima.
Ovim radom postigla su se dva glavna cilja.Jedan je dizajn i proizvodnja visokotemperaturnog kapilarnog viskozimetra, a drugi je simulacija toka polučvrstog metala koja pomaže u dizajnu i pruža podatke u svrhu usporedbe.Napravljen je visokotemperaturni kapilarni viskozimetar koji je korišten za početno ispitivanje.Uređaj će se koristiti za mjerenje viskoznosti polutvrdih metala u uvjetima visokih temperatura i smičnih brzina sličnih onima koje se koriste u industriji.Kapilarni viskozimetar je sustav s jednom točkom koji može izračunati viskoznost mjerenjem protoka i pada tlaka kroz kapilaru, budući da je viskoznost izravno proporcionalna padu tlaka i obrnuto proporcionalna protoku.Projektni kriteriji uključuju zahtjeve za dobro kontrolirane temperature do 800ºC, smične brzine injektiranja iznad 10 000 s-1 i kontrolirane profile injektiranja.Dvodimenzionalni dvofazni teorijski vremenski ovisan model razvijen je pomoću softvera FLUENT za računsku dinamiku fluida (CFD).Ovo je korišteno za procjenu viskoznosti polukrutih metala dok prolaze kroz dizajnirani kapilarni viskozimetar pri brzinama ubrizgavanja od 0,075, 0,5 i 1 m/s.Također je istražen učinak udjela metalnih čvrstih tvari (fs) od 0,25 do 0,50.Za potencnu jednadžbu viskoznosti korištenu za razvoj modela Fluent, primijećena je jaka korelacija između ovih parametara i rezultirajuće viskoznosti.
Ovaj rad istražuje utjecaj procesnih parametara na proizvodnju Al-SiC kompozita s metalnom matricom (MMC) u šaržnom procesu kompostiranja.Proučavani parametri procesa uključivali su brzinu miješalice, vrijeme miješanja, geometriju miješalice, položaj miješalice, temperaturu metalne tekućine (viskoznost).Vizualne simulacije provedene su na sobnoj temperaturi (25±C), računalne simulacije i verifikacijski testovi za proizvodnju MMC Al-SiC.U vizualnim i računalnim simulacijama, voda i glicerin/voda korišteni su za predstavljanje tekućeg, odnosno polukrutog aluminija.Ispitivani su učinci viskoznosti od 1, 300, 500, 800 i 1000 mPa s i brzine miješanja od 50, 100, 150, 200, 250 i 300 okretaja u minuti.10 kiflica po komadu.% ojačane SiC čestice, slične onima koje se koriste u aluminijskom MMK, korištene su u vizualizaciji i računalnim testovima.Ispitivanja slika provedena su u prozirnim staklenim čašama.Računalne simulacije provedene su korištenjem Fluenta (CFD program) i opcijskog paketa MixSim.To uključuje 2D osnosimetričnu višefaznu vremenski ovisnu simulaciju proizvodnih ruta korištenjem Eulerovog (granularnog) modela.Utvrđena je ovisnost vremena disperzije čestica, vremena taloženja i visine vrtloga o geometriji miješanja i brzini vrtnje miješalice.Za mješalicu s lopaticama °at, kut lopatice od 60 stupnjeva je prikladniji za brzo postizanje jednolike disperzije čestica.Kao rezultat ovih testova, utvrđeno je da je za postizanje jednolike distribucije SiC brzina miješanja bila 150 okretaja u minuti za sustav voda-SiC i 300 okretaja u minuti za sustav glicerol/voda-SiC.Utvrđeno je da je povećanje viskoznosti od 1 mPa·s (za tekući metal) do 300 mPa·s (za polučvrsti metal) imalo veliki utjecaj na disperziju i vrijeme taloženja SiC-a.Međutim, daljnje povećanje s 300 mPa·s na 1000 mPa·s ima mali učinak na ovo vrijeme.Značajan dio ovog rada uključivao je dizajn, konstrukciju i validaciju namjenskog stroja za brzo otvrdnjavanje lijevanja za ovu metodu visokotemperaturne obrade.Stroj se sastoji od miješalice s četiri plosnate lopatice pod kutom od 60 stupnjeva i lončića u komori peći s otpornim grijanjem.Instalacija uključuje aktuator koji brzo gasi prerađenu smjesu.Ova oprema se koristi za proizvodnju Al-SiC kompozitnih materijala.Općenito, pronađeno je dobro slaganje između rezultata vizualizacije, izračuna i eksperimentalnih ispitivanja.
Postoje mnoge različite tehnike brze izrade prototipova (RP) koje su razvijene za široku upotrebu uglavnom u posljednjem desetljeću.Sustavi za brzu izradu prototipova koji su danas komercijalno dostupni koriste razne tehnologije koje koriste papir, vosak, smole koje polimeriziraju svjetlom, polimere i nove metalne prahove.Projekt je uključivao brzu metodu izrade prototipova, Fused Deposition Modeling, prvi put komercijaliziranu 1991. U ovom radu razvijena je i korištena nova verzija sustava za modeliranje navarivanjem pomoću voska.Ovaj projekt opisuje osnovni dizajn sustava i metodu taloženja voska.FDM strojevi stvaraju dijelove ekstrudiranjem polu-rastaljenog materijala na platformu prema unaprijed određenom uzorku kroz grijane mlaznice.Ekstruzijska mlaznica montirana je na XY stol kojim upravlja računalni sustav.U kombinaciji s automatskim upravljanjem klipnim mehanizmom i položajem depozitora proizvode se precizni modeli.Pojedinačni slojevi voska naslagani su jedan na drugi kako bi se stvorili 2D i 3D objekti.Također su analizirana svojstva voska kako bi se optimizirao proces proizvodnje modela.To uključuje temperaturu faznog prijelaza voska, viskoznost voska i oblik kapljice voska tijekom obrade.
Tijekom proteklih pet godina, istraživački timovi na Gradskom sveučilištu Dublin Division Science Cluster razvili su dva procesa laserske mikrostrojne obrade koji mogu stvoriti kanale i voksele s reproducibilnom rezolucijom mikronske skale.Fokus ovog rada je na korištenju prilagođenih materijala za izolaciju ciljnih biomolekula.Preliminarni rad pokazuje da se mogu stvoriti nove morfologije kapilarnog miješanja i površinskih kanala kako bi se poboljšale sposobnosti odvajanja.Ovaj će se rad usredotočiti na primjenu dostupnih mikrostrojnih alata za projektiranje površinskih geometrija i kanala koji će osigurati poboljšano odvajanje i karakterizaciju bioloških sustava.Primjena ovih sustava slijedit će pristup laboratorija na čipu u biodijagnostičke svrhe.Uređaji izrađeni pomoću ove razvijene tehnologije koristit će se u mikrofluidnom laboratoriju projekta na čipu.Cilj projekta je korištenje eksperimentalnog dizajna, optimizacije i tehnika simulacije kako bi se osigurao izravan odnos između parametara laserske obrade i karakteristika kanala na mikro i nanomjerama, te koristiti te informacije za poboljšanje kanala za odvajanje u ovim mikrotehnologijama.Specifični rezultati rada uključuju: dizajn kanala i površinsku morfologiju za poboljšanje znanosti o odvajanju;monolitne faze crpljenja i ekstrakcije u integriranim čipovima;odvajanje odabranih i ekstrahiranih ciljnih biomolekula na integriranim čipovima.
Generiranje i kontrola vremenskih gradijenata temperature i uzdužnih profila duž kapilarnih LC stupaca pomoću Peltierovih nizova i infracrvene termografije
Razvijena je nova izravna kontaktna platforma za točnu kontrolu temperature kapilarnih stupaca koja se temelji na korištenju serijski raspoređenih pojedinačno kontroliranih termoelektričnih Peltierovih ćelija.Platforma omogućuje brzu kontrolu temperature za kapilarne i mikro LC kolone i omogućuje istovremeno programiranje vremenske i prostorne temperature.Platforma radi u temperaturnom rasponu od 15 do 200°C s brzinom povećanja od približno 400°C/min za svaku od 10 poravnatih Peltierovih ćelija.Sustav je ocijenjen za nekoliko nestandardnih načina mjerenja temeljenih na kapilarama, kao što je izravna primjena temperaturnih gradijenata s linearnim i nelinearnim profilima, uključujući statičke stupne temperaturne gradijente i vremenske temperaturne gradijente, precizne temperaturno kontrolirane gradijente, polimerizirane kapilarne monolitne stacionarne faze, te izrada monolitnih faza u mikrofluidnim kanalima (na čipu).Instrument se može koristiti sa standardnim i kolonskim kromatografskim sustavima.
Elektrohidrodinamičko fokusiranje u dvodimenzionalnom planarnom mikrofluidnom uređaju za predkoncentraciju malih analita
Ovaj rad uključuje elektrohidrodinamičko fokusiranje (EHDF) i prijenos fotona za pomoć u razvoju prethodnog obogaćivanja i identifikacije vrsta.EHDF je ionski uravnotežena metoda fokusiranja koja se temelji na uspostavljanju ravnoteže između hidrodinamičkih i električnih sila, pri čemu ioni od interesa postaju stacionarni.Ova studija predstavlja novu metodu koja koristi 2D otvoreni 2D ravni prostor planarni mikrofluidni uređaj umjesto konvencionalnog mikrokanalnog sustava.Takvi uređaji mogu predkoncentrirati velike količine tvari i relativno su jednostavni za proizvodnju.Ova studija predstavlja rezultate novorazvijene simulacije pomoću COMSOL Multiphysics® 3.5a.Rezultati ovih modela uspoređeni su s eksperimentalnim rezultatima kako bi se testirale identificirane geometrije protoka i područja visoke koncentracije.Razvijeni numerički mikrofluidički model uspoređen je s prethodno objavljenim eksperimentima i rezultati su bili vrlo dosljedni.Na temelju ovih simulacija istražen je novi tip broda koji bi osigurao optimalne uvjete za EHDF.Eksperimentalni rezultati korištenjem čipa nadmašili su izvedbu modela.U proizvedenim mikrofluidnim čipovima uočen je novi način rada, nazvan lateralni EGDP, kada je tvar koja se proučava bila fokusirana okomito na primijenjeni napon.Budući da su detekcija i slikanje ključni aspekti takvog sustava prethodnog obogaćivanja i identifikacije vrsta.Prikazani su numerički modeli i eksperimentalna verifikacija prostiranja svjetlosti i raspodjele intenziteta svjetlosti u dvodimenzionalnim mikrofluidnim sustavima.Razvijeni numerički model širenja svjetlosti uspješno je eksperimentalno verificiran kako u pogledu stvarnog puta svjetlosti kroz sustav tako i u pogledu distribucije intenziteta, što je dalo rezultate koji mogu biti od interesa za optimizaciju fotopolimerizacijskih sustava, kao i za optičke detekcijske sustave. pomoću kapilara..
Ovisno o geometriji, mikrostrukture se mogu koristiti u telekomunikacijama, mikrofluidici, mikrosenzorima, skladištenju podataka, rezanju stakla i dekorativnom označavanju.U ovom radu istražen je odnos između postavki parametara Nd:YVO4 i CO2 laserskog sustava te veličine i morfologije mikrostruktura.Proučavani parametri laserskog sustava uključuju snagu P, brzinu ponavljanja impulsa PRF, broj impulsa N i brzinu skeniranja U. Izmjerene izlazne dimenzije uključuju ekvivalentne promjere voksela kao i širinu mikrokanala, dubinu i hrapavost površine.Razvijen je 3D mikrostrojni sustav korištenjem Nd:YVO4 lasera (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) za izradu mikrostruktura unutar polikarbonatnih uzoraka.Mikrostrukturni vokseli imaju promjer od 48 do 181 µm.Sustav također pruža precizno fokusiranje korištenjem mikroskopskih objektiva za stvaranje manjih voksela u rasponu od 5 do 10 µm u uzorcima natrij-lime stakla, taljenog silicija i safira.CO2 laser (1,5 kW, 10,6 µm, minimalno trajanje impulsa 26 µs) upotrijebljen je za stvaranje mikrokanala u uzorcima natrijum-vapnenog stakla.Oblik poprečnog presjeka mikrokanala uvelike je varirao između v-utora, u-utora i mjesta površinske ablacije.Veličine mikrokanala također jako variraju: od 81 do 365 µm širine, od 3 do 379 µm dubine, a hrapavost površine od 2 do 13 µm, ovisno o instalaciji.Veličine mikrokanala ispitane su prema parametrima laserske obrade korištenjem metodologije odzivne površine (RSM) i dizajna eksperimenata (DOE).Prikupljeni rezultati korišteni su za proučavanje utjecaja procesnih parametara na volumetrijsku i masovnu brzinu ablacije.Osim toga, razvijen je matematički model toplinskog procesa koji pomaže u razumijevanju procesa i omogućuje predviđanje topologije kanala prije stvarne proizvodnje.
Mjeriteljska industrija uvijek traži nove načine za točno i brzo istraživanje i digitalizaciju površinske topografije, uključujući izračunavanje parametara hrapavosti površine i stvaranje oblaka točaka (skupova trodimenzionalnih točaka koje opisuju jednu ili više površina) za modeliranje ili obrnuti inženjering.sustavi postoje, a popularnost optičkih sustava porasla je u posljednjem desetljeću, no kupnja i održavanje većine optičkih profilera skupi su.Ovisno o vrsti sustava, optičke profilere također može biti teško dizajnirati i njihova krhkost možda neće biti prikladna za većinu trgovina ili tvorničkih aplikacija.Ovaj projekt pokriva razvoj profilera koji koristi principe optičke triangulacije.Razvijeni sustav ima površinu stola za skeniranje od 200 x 120 mm i vertikalni raspon mjerenja od 5 mm.Položaj laserskog senzora iznad ciljane površine također je podesiv za 15 mm.Razvijen je kontrolni program za automatsko skeniranje korisnički odabranih dijelova i površina.Ovaj novi sustav karakterizira točnost dimenzija.Izmjerena najveća kosinusna pogreška sustava je 0,07°.Dinamička točnost sustava izmjerena je na 2 µm u Z-osi (visina) i oko 10 µm u X i Y osi.Omjer veličina između skeniranih dijelova (novčići, vijci, podloške i matrice od vlaknastih leća) bio je dobar.Također će se raspravljati o testiranju sustava, uključujući ograničenja profilera i moguća poboljšanja sustava.
Cilj ovog projekta je razviti i karakterizirati novi optički brzi online sustav za inspekciju površinskih nedostataka.Sustav upravljanja temelji se na principu optičke triangulacije i omogućuje beskontaktnu metodu određivanja trodimenzionalnog profila difuznih površina.Glavne komponente razvojnog sustava uključuju diodni laser, CCf15 CMOS kameru i dva PC-upravljana servo motora.Kretanje uzorka, snimanje slike i 3D profiliranje površine programirani su u softveru LabView.Provjera snimljenih podataka može se olakšati kreiranjem programa za virtualno iscrtavanje 3D skenirane površine i izračunavanjem potrebnih parametara hrapavosti površine.Servo motori se koriste za pomicanje uzorka u smjeru X i Y s rezolucijom od 0,05 µm.Razvijeni beskontaktni mrežni profiler površine može izvesti brzo skeniranje i inspekciju površine visoke rezolucije.Razvijeni sustav se uspješno koristi za izradu automatskih 2D površinskih profila, 3D površinskih profila i mjerenja površinske hrapavosti na površini različitih uzoraka materijala.Oprema za automatsku inspekciju ima XY područje skeniranja od 12 x 12 mm.Kako bi se karakterizirao i kalibrirao razvijeni sustav profiliranja, površinski profil izmjeren sustavom uspoređen je s istom površinom izmjerenom pomoću optičkog mikroskopa, binokularnog mikroskopa, AFM-a i Mitutoyo Surftest-402.
Zahtjevi za kvalitetom proizvoda i materijala koji se u njima izrađuju postaju sve zahtjevniji.Rješenje mnogih problema vizualnog osiguranja kvalitete (QA) je korištenje automatiziranih sustava za inspekciju površina u stvarnom vremenu.To zahtijeva ujednačenu kvalitetu proizvoda uz visoku propusnost.Stoga su potrebni sustavi koji su 100% sposobni testirati materijale i površine u stvarnom vremenu.Za postizanje ovog cilja, kombinacija laserske tehnologije i tehnologije računalne kontrole pruža učinkovito rješenje.U ovom radu razvijen je brzi, jeftini i visokoprecizni beskontaktni laserski sustav za skeniranje.Sustav može mjeriti debljinu čvrstih neprozirnih objekata koristeći princip laserske optičke triangulacije.Razvijeni sustav osigurava točnost i ponovljivost mjerenja na mikrometarskoj razini.
Cilj ovog projekta je projektirati i razviti sustav laserske inspekcije za otkrivanje površinskih nedostataka i procijeniti njegov potencijal za brze inline primjene.Glavne komponente detekcijskog sustava su laserski diodni modul kao izvor osvjetljenja, CMOS kamera s izravnim pristupom kao detekcijska jedinica i XYZ translacijski stupanj.Razvijeni su algoritmi za analizu podataka dobivenih skeniranjem različitih površina uzoraka.Sustav upravljanja temelji se na principu optičke triangulacije.Laserska zraka pada koso na površinu uzorka.Razlika u visini površine tada se uzima kao horizontalno kretanje laserske točke preko površine uzorka.To omogućuje mjerenje visine korištenjem metode triangulacije.Razvijeni sustav detekcije prvo se kalibrira kako bi se dobio faktor pretvorbe koji će odražavati odnos između pomaka točke mjerene senzorom i okomitog pomaka površine.Eksperimenti su provedeni na različitim površinama materijala uzorka: mesing, aluminij i nehrđajući čelik.Razvijeni sustav je u stanju precizno generirati 3D topografsku kartu nedostataka koji nastaju tijekom rada.Postignuta je prostorna razlučivost od oko 70 µm i dubinska razlučivost od 60 µm.Performanse sustava također se provjeravaju mjerenjem točnosti izmjerenih udaljenosti.
Sustavi laserskog skeniranja s vlaknima velike brzine koriste se u automatiziranim industrijskim proizvodnim okruženjima za otkrivanje površinskih nedostataka.Suvremenije metode za otkrivanje površinskih defekata uključuju korištenje optičkih vlakana za osvjetljavanje i detekciju komponenti.Ova disertacija uključuje projektiranje i razvoj novog optoelektroničkog sustava velike brzine.U ovom radu istražuju se dva izvora LED dioda, LED (diode koje emitiraju svjetlost) i laserske diode.Red od pet emitirajućih dioda i pet prijemnih fotodioda nalazi se jedna nasuprot drugoj.Prikupljanje podataka kontrolira i analizira računalo pomoću softvera LabVIEW.Sustav se koristi za mjerenje dimenzija površinskih defekata kao što su rupe (1 mm), slijepe rupe (2 mm) i zarezi u različitim materijalima.Rezultati pokazuju da iako je sustav primarno namijenjen za 2D skeniranje, može raditi i kao ograničeni sustav za 3D slike.Sustav je također pokazao da su svi ispitivani metalni materijali sposobni reflektirati infracrvene signale.Novorazvijena metoda koja koristi niz nagnutih vlakana omogućuje sustavu postizanje podesive razlučivosti uz maksimalnu razlučivost sustava od približno 100 µm (promjer vlakana za prikupljanje).Sustav se uspješno koristi za mjerenje površinskog profila, površinske hrapavosti, debljine i refleksije različitih materijala.Aluminij, nehrđajući čelik, mesing, bakar, tuffnol i polikarbonat mogu se testirati ovim sustavom.Prednosti ovog novog sustava su brže otkrivanje, niža cijena, manja veličina, veća razlučivost i fleksibilnost.
Dizajnirajte, izgradite i testirajte nove sustave za integraciju i primjenu novih senzorskih tehnologija za okoliš.Posebno pogodan za aplikacije praćenja fekalnih bakterija
Modificiranje mikro-nano strukture silicijskih solarnih PV panela za poboljšanje opskrbe energijom
Jedan od glavnih inženjerskih izazova s kojima se danas suočava globalno društvo je održiva opskrba energijom.Vrijeme je da se društvo počne snažno oslanjati na obnovljive izvore energije.Sunce daje Zemlji besplatnu energiju, ali moderne metode korištenja te energije u obliku električne energije imaju neka ograničenja.Kod fotonaponskih ćelija glavni problem je nedovoljna učinkovitost prikupljanja sunčeve energije.Laserska mikrostrojna obrada obično se koristi za stvaranje međupoveza između fotonaponskih aktivnih slojeva kao što su staklene podloge, hidrogenirani silicij i slojevi cinkovog oksida.Također je poznato da se više energije može dobiti povećanjem površine solarne ćelije, na primjer mikrostrojnom obradom.Pokazalo se da detalji profila površine u nanoskali utječu na učinkovitost apsorpcije energije solarnih ćelija.Svrha ovog rada je istražiti prednosti prilagodbe mikro-, nano- i mezorazmjernih struktura solarnih ćelija za postizanje veće snage.Variranjem tehnoloških parametara takvih mikrostruktura i nanostruktura omogućit će se proučavanje njihovog utjecaja na topologiju površine.Stanice će se testirati na energiju koju proizvode kada su izložene eksperimentalno kontroliranim razinama elektromagnetskog svjetla.Uspostavit će se izravan odnos između učinkovitosti ćelije i teksture površine.
Metalno matrični kompoziti (MMC) brzo postaju glavni kandidati za ulogu strukturnih materijala u inženjerstvu i elektronici.Aluminij (Al) i bakar (Cu) ojačani SiC-om zbog svojih izvrsnih toplinskih svojstava (npr. nizak koeficijent toplinskog širenja (CTE), visoka toplinska vodljivost) i poboljšanih mehaničkih svojstava (npr. veća specifična čvrstoća, bolje performanse).Naširoko se koristi u raznim industrijama za otpornost na trošenje i specifični modul.Nedavno su ovi visokokeramički MMC-ovi postali još jedan trend u primjenama kontrole temperature u elektroničkim paketima.Tipično, u paketima energetskih uređaja, aluminij (Al) ili bakar (Cu) se koriste kao hladnjak ili osnovna ploča za spajanje na keramičku podlogu koja nosi čip i povezane strukture pinova.Velika razlika u koeficijentu toplinske ekspanzije (CTE) između keramike i aluminija ili bakra je nepovoljna jer smanjuje pouzdanost paketa i također ograničava veličinu keramičke podloge koja se može pričvrstiti na podlogu.
S obzirom na ovaj nedostatak, sada je moguće razviti, istražiti i karakterizirati nove materijale koji ispunjavaju ove zahtjeve za toplinski poboljšane materijale.S poboljšanom toplinskom vodljivošću i svojstvima koeficijenta toplinske ekspanzije (CTE), MMC CuSiC i AlSiC sada su održiva rješenja za pakiranje elektronike.Ovaj će rad procijeniti jedinstvena termofizička svojstva ovih MMC-a i njihovu moguću primjenu za upravljanje toplinom elektroničkih paketa.
Naftne tvrtke doživljavaju značajnu koroziju u zoni zavarivanja sustava naftne i plinske industrije izrađenih od ugljičnih i niskolegiranih čelika.U okruženjima koja sadrže CO2, oštećenje od korozije obično se pripisuje razlikama u čvrstoći zaštitnih filmova od korozije nanesenih na različite mikrostrukture ugljičnog čelika.Lokalna korozija u metalu zavara (WM) i zoni utjecaja topline (HAZ) uglavnom je posljedica galvanskih učinaka zbog razlika u sastavu i mikrostrukturi legure.Mikrostrukturne značajke osnovnog metala (PM), WM i HAZ ispitane su kako bi se razumio učinak mikrostrukture na korozijsko ponašanje zavarenih spojeva od mekog čelika.Ispitivanja korozije provedena su u 3,5% otopini NaCl zasićenoj CO2 u deoksigeniranim uvjetima pri sobnoj temperaturi (20±2°C) i pH 4,0±0,3.Karakterizacija korozijskog ponašanja provedena je pomoću elektrokemijskih metoda za određivanje potencijala otvorenog kruga, potenciodinamičkog skeniranja i otpora linearne polarizacije, kao i opće metalografske karakterizacije pomoću optičke mikroskopije.Glavne otkrivene morfološke faze su igličasti ferit, zadržani austenit i martenzitno-bainitna struktura u WM-u.Rjeđi su u HAZ-u.Značajno različito elektrokemijsko ponašanje i brzine korozije pronađene su u PM, VM i HAZ.
Rad obuhvaćen ovim projektom usmjeren je na poboljšanje električne učinkovitosti potopnih pumpi.Zahtjevi za industriju pumpi da krene u ovom smjeru nedavno su porasli s uvođenjem novog zakonodavstva EU-a koje zahtijeva od industrije u cjelini postizanje novih i viših razina učinkovitosti.Ovaj rad analizira upotrebu rashladnog plašta za hlađenje područja solenoida pumpe i predlaže poboljšanja dizajna.Osobito je karakteriziran protok fluida i prijenos topline u rashladnim plaštima radnih pumpi.Poboljšanja u dizajnu plašta omogućit će bolji prijenos topline u područje motora pumpe što će rezultirati poboljšanom učinkovitošću pumpe uz smanjenje induciranog otpora.Za ovaj rad, sustav za testiranje pumpe montiran na suho postavljen je na postojeći ispitni spremnik od 250 m3.To omogućuje brzo praćenje polja protoka kamerom i toplinsku sliku kućišta pumpe.Polje protoka potvrđeno CFD analizom omogućuje eksperimentiranje, testiranje i usporedbu alternativnih dizajna kako bi se radne temperature održale što je moguće nižim.Izvorni dizajn polne crpke M60-4 izdržao je maksimalnu vanjsku temperaturu kućišta crpke od 45°C i maksimalnu temperaturu statora od 90°C.Analiza različitih dizajna modela pokazuje koji su dizajni korisniji za učinkovitije sustave, a koji se ne bi trebali koristiti.Konkretno, dizajn integrirane rashladne zavojnice nema poboljšanja u odnosu na izvorni dizajn.Povećanje broja lopatica impelera s četiri na osam smanjilo je radnu temperaturu izmjerenu na kućištu za sedam Celzijevih stupnjeva.
Kombinacija velike gustoće snage i smanjenog vremena izlaganja u obradi metala rezultira promjenom mikrostrukture površine.Postizanje optimalne kombinacije parametara laserskog procesa i brzine hlađenja ključno je za promjenu strukture zrna i poboljšanje triboloških svojstava na površini materijala.Glavni cilj ovog istraživanja bio je istražiti učinak brze pulsne laserske obrade na tribološka svojstva komercijalno dostupnih metalnih biomaterijala.Ovaj rad je posvećen laserskoj modifikaciji površine nehrđajućeg čelika AISI 316L i Ti-6Al-4V.Impulsni CO2 laser od 1,5 kW korišten je za proučavanje utjecaja različitih parametara laserskog procesa i rezultirajuće površinske mikrostrukture i morfologije.Korištenjem cilindričnog uzorka zakrenutog okomito na smjer laserskog zračenja, varirani su intenzitet laserskog zračenja, vrijeme ekspozicije, gustoća toka energije i širina impulsa.Karakterizacija je provedena pomoću SEM, EDX, mjerenja hrapavosti igle i XRD analize.Također je implementiran model predviđanja površinske temperature za postavljanje početnih parametara eksperimentalnog procesa.Zatim je provedeno mapiranje procesa kako bi se odredio niz specifičnih parametara za lasersku obradu površine rastaljenog čelika.Postoji jaka korelacija između osvjetljenja, vremena ekspozicije, dubine obrade i hrapavosti obrađenog uzorka.Povećana dubina i hrapavost mikrostrukturnih promjena bile su povezane s višim razinama izloženosti i vremenima izloženosti.Analizom hrapavosti i dubine tretiranog područja, modeli fluence energije i površinske temperature koriste se za predviđanje stupnja topljenja koji će se dogoditi na površini.Kako se vrijeme interakcije laserske zrake povećava, hrapavost površine čelika se povećava za različite proučavane razine energije impulsa.Dok je uočeno da površinska struktura zadržava normalan poredak kristala, uočene su promjene u orijentaciji zrna u područjima tretiranim laserom.
Analiza i karakterizacija stresnog ponašanja tkiva i njegovih implikacija na dizajn skele
U ovom projektu razvijeno je nekoliko različitih geometrija skele i provedena je analiza konačnih elemenata kako bi se razumjela mehanička svojstva koštane strukture, njihova uloga u razvoju tkiva i maksimalna raspodjela naprezanja i deformacija u skeli.Kompjuterizirana tomografija (CT) uzoraka trabekularne kosti prikupljena je uz strukture skele dizajnirane pomoću CAD-a.Ovi dizajni vam omogućuju izradu i testiranje prototipova, kao i izvođenje FEM ovih dizajna.Mehanička mjerenja mikrodeformacija provedena su na izrađenim skelama i trabekularnim uzorcima glave bedrene kosti i ti su rezultati uspoređeni s onima dobivenim FEA za iste strukture.Smatra se da mehanička svojstva ovise o projektiranom obliku (strukturi) pora, veličini pora (120, 340 i 600 µm) i uvjetima opterećenja (sa ili bez blokova opterećenja).Promjene ovih parametara ispitane su za porozne okvire od 8 mm3, 22,7 mm3 i 1000 mm3 kako bi se sveobuhvatno proučio njihov utjecaj na raspodjelu naprezanja.Rezultati eksperimenata i simulacija pokazuju da geometrijski dizajn strukture igra važnu ulogu u raspodjeli stresa i ističu veliki potencijal dizajna okvira za poboljšanje regeneracije kosti.Općenito, veličina pora je važnija od razine poroznosti u određivanju ukupne maksimalne razine naprezanja.Međutim, razina poroznosti također je važna u određivanju osteokonduktivnosti struktura skele.Kako se razina poroznosti povećava s 30% na 70%, maksimalna vrijednost naprezanja značajno se povećava za istu veličinu pora.
Veličina pora skele također je važna za metodu izrade.Sve moderne metode brze izrade prototipova imaju određena ograničenja.Dok je konvencionalna izrada svestranija, složenije i manje dizajne često je nemoguće proizvesti.Većina ovih tehnologija trenutno nominalno ne može održivo proizvesti pore ispod 500 µm.Stoga su rezultati s veličinom pora od 600 µm u ovom radu najrelevantniji za proizvodne mogućnosti trenutnih tehnologija brze proizvodnje.Prikazana heksagonalna struktura, iako promatrana samo u jednom smjeru, bila bi najanizotropnija struktura u usporedbi sa strukturama baziranim na kocki i trokutu.Kubične i trokutaste strukture su relativno izotropne u usporedbi sa heksagonalnim strukturama.Anizotropija je važna kada se razmatra osteokonduktivnost dizajnirane skele.Raspodjela naprezanja i položaj otvora utječu na proces preoblikovanja, a različiti uvjeti opterećenja mogu promijeniti maksimalnu vrijednost naprezanja i njegovu lokaciju.Prevladavajući smjer punjenja trebao bi promicati veličinu i distribuciju pora kako bi se omogućilo stanicama da izrastu u veće pore i osiguraju hranjive tvari i građevne materijale.Još jedan zanimljiv zaključak ovog rada, ispitivanjem raspodjele naprezanja u poprečnom presjeku stupova, jest da se veće vrijednosti naprezanja bilježe na površini stupova u odnosu na središte.U ovom je radu pokazano da su veličina pora, razina poroznosti i metoda opterećenja usko povezani s razinama naprezanja u strukturi.Ova otkrića pokazuju mogućnost stvaranja struktura potpornja u kojima razine naprezanja na površini potpornja mogu varirati u većoj mjeri, što može pospješiti pričvršćivanje i rast stanica.
Sintetičke koštane nadomjesne skele nude priliku za individualno prilagođavanje svojstava, prevladavanje ograničene dostupnosti donora i poboljšanje oseointegracije.Inženjering kostiju ima za cilj riješiti te probleme pružanjem visokokvalitetnih transplantata koji se mogu isporučiti u velikim količinama.U ovim primjenama, i unutarnja i vanjska geometrija skele od velike su važnosti jer imaju značajan utjecaj na mehanička svojstva, propusnost i proliferaciju stanica.Tehnologija brze izrade prototipova omogućuje korištenje nestandardnih materijala sa zadanom i optimiziranom geometrijom, proizvedenih s visokom preciznošću.Ovaj rad istražuje sposobnost tehnika 3D ispisa za izradu složenih geometrija skeletnih skeleta korištenjem biokompatibilnih materijala kalcijevog fosfata.Preliminarne studije zaštićenog materijala pokazuju da se može postići predviđeno usmjereno mehaničko ponašanje.Stvarna mjerenja usmjerenih mehaničkih svojstava proizvedenih uzoraka pokazala su iste trendove kao i rezultati analize konačnih elemenata (FEM).Ovaj rad također pokazuje izvedivost 3D ispisa za izradu geometrijskih skela za inženjering tkiva od biokompatibilnog kalcijevog fosfatnog cementa.Okviri su izrađeni tiskanjem vodene otopine dinatrijevog hidrogenfosfata na praškasti sloj koji se sastoji od homogene smjese kalcijevog hidrogenfosfata i kalcijevog hidroksida.Reakcija mokrog kemijskog taloženja odvija se u sloju praha 3D pisača.Napravljeni su čvrsti uzorci za mjerenje mehaničkih svojstava volumetrijske kompresije proizvedenog kalcij-fosfatnog cementa (CPC).Tako proizvedeni dijelovi imali su prosječni modul elastičnosti od 3,59 MPa i prosječnu tlačnu čvrstoću od 0,147 MPa.Sinterovanje dovodi do značajnog povećanja svojstava kompresije (E = 9,15 MPa, σt = 0,483 MPa), ali smanjuje specifičnu površinu materijala.Kao rezultat sinteriranja, kalcijev fosfatni cement se raspada na β-trikalcijev fosfat (β-TCP) i hidroksiapatit (HA), što potvrđuju podaci termogravimetrijske i diferencijalne toplinske analize (TGA/DTA) i rendgenske difrakcijske analize ( XRD).Svojstva su nedovoljna za visokoopterećene implantate, gdje je potrebna čvrstoća od 1,5 do 150 MPa, a tlačna krutost prelazi 10 MPa.Međutim, daljnja naknadna obrada, kao što je infiltracija biorazgradivim polimerima, može ove strukture učiniti prikladnima za primjenu stentova.
Cilj: Istraživanja u mehanici tla pokazala su da vibracije primijenjene na agregate rezultiraju učinkovitijim poravnavanjem čestica i smanjenjem energije potrebne za djelovanje na agregat.Cilj nam je bio razviti metodu utjecaja vibracija na proces stjecanja kosti i procijeniti njezin učinak na mehanička svojstva impaktiranih transplantata.
Faza 1: Mljevenje 80 glava goveđe bedrene kosti pomoću mlina za kosti Noviomagus.Presadci su zatim isprani korištenjem pulsirajućeg sustava za ispiranje fiziološkom otopinom na sitastoj posudi.Razvijen je vibro-udarni uređaj opremljen s dva 15 V DC motora s ekscentričnim utezima fiksiranima unutar metalnog cilindra.Bacite uteg na njega sa zadane visine 72 puta kako biste reproducirali proces udaranja kosti.Ispitano je frekvencijsko područje vibracija mjereno akcelerometrom ugrađenim u vibracijsku komoru.Svaki test smicanja je zatim ponovljen pri četiri različita normalna opterećenja kako bi se dobio niz krivulja naprezanje-deformacija.Za svako ispitivanje konstruirane su Mohr-Coulombove ovojnice sloma, iz kojih su izvedene vrijednosti smične čvrstoće i blokiranja.
Faza 2: Ponovite eksperiment dodavanjem krvi kako biste replicirali bogato okruženje koje se nalazi u kirurškim uvjetima.
Faza 1: Graftovi s povećanom vibracijom na svim frekvencijama vibracije pokazali su veću čvrstoću na smicanje u usporedbi s udarcem bez vibracije.Vibracija na 60 Hz imala je najveći utjecaj i bila je značajna.
Faza 2: Cijepljenje s dodatnim vibracijskim udarom u zasićenim agregatima pokazalo je manju posmično čvrstoću za sva normalna tlačna opterećenja nego udar bez vibracija.
Zaključak: Načela građevinarstva primjenjiva su na implantaciju implantirane kosti.U suhim agregatima, dodavanje vibracija može poboljšati mehanička svojstva udarnih čestica.U našem sustavu optimalna frekvencija vibracija je 60 Hz.U zasićenim agregatima, povećanje vibracija nepovoljno utječe na čvrstoću agregata na smicanje.To se može objasniti procesom ukapljivanja.
Cilj ovog rada bio je dizajnirati, izgraditi i testirati sustav koji može ometati subjekte koji na njemu stoje kako bi se procijenila njihova sposobnost da odgovore na te promjene.To se može učiniti brzim naginjanjem površine na kojoj osoba stoji, a zatim vraćanjem u vodoravni položaj.Iz toga je moguće utvrditi jesu li subjekti uspjeli održati stanje ravnoteže i koliko im je vremena trebalo da to stanje ravnoteže ponovno uspostave.Ovo stanje ravnoteže odredit će se mjerenjem posturalnog utjecaja subjekta.Njihovo prirodno posturalno njihanje izmjereno je pločom profila pritiska stopala kako bi se utvrdilo koliko je njihanje bilo tijekom testa.Sustav je također dizajniran da bude svestraniji i pristupačniji nego što je trenutno komercijalno dostupan jer, iako su ti strojevi važni za istraživanje, trenutno nisu u širokoj upotrebi zbog svoje visoke cijene.Novorazvijeni sustav predstavljen u ovom članku korišten je za pomicanje ispitnih objekata težine do 100 kg.
U ovom radu osmišljeno je šest laboratorijskih eksperimenata u inženjerstvu i fizikalnim znanostima kako bi se poboljšao proces učenja za studente.To se postiže instaliranjem i izradom virtualnih instrumenata za te eksperimente.Primjena virtualnih instrumenata izravno se uspoređuje s tradicionalnim metodama laboratorijske nastave te se raspravlja o osnovi za razvoj oba pristupa.Prethodni rad na korištenju računalno potpomognutog učenja (CBL) u sličnim projektima koji se odnose na ovaj rad korišten je za procjenu nekih prednosti virtualnih instrumenata, posebno onih povezanih s povećanim interesom studenata, zadržavanjem memorije, razumijevanjem i konačno laboratorijskim izvješćivanjem..povezane pogodnosti.Virtualni eksperiment o kojem se govori u ovoj studiji je revidirana verzija eksperimenta tradicionalnog stila i stoga pruža izravnu usporedbu nove CBL tehnike s laboratorijem tradicionalnog stila.Ne postoji konceptualna razlika između dvije verzije eksperimenta, razlika je samo u načinu na koji se prikazuje.Učinkovitost ovih CBL metoda procijenjena je promatranjem uspješnosti učenika koji koriste virtualni instrument u usporedbi s drugim učenicima u istom razredu koji izvode tradicionalni eksperimentalni način.Svi se učenici ocjenjuju podnošenjem izvješća, pitanja s višestrukim izborom vezanih uz njihove eksperimente i upitnika.Rezultati ove studije također su uspoređeni s drugim srodnim studijama u području CBL-a.
Vrijeme objave: 19. veljače 2023