L'objectiu d'aquest treball és desenvolupar un procés de processament làser automatitzat amb alta precisió dimensional i costos de procés predeterminats.Aquest treball inclou l'anàlisi de models de predicció de mida i cost per a la fabricació làser de microcanals interns de Nd:YVO4 en PMMA i processament làser intern de policarbonat per a la fabricació de dispositius microfluídics.Per assolir aquests objectius del projecte, ANN i DoE van comparar la mida i el cost dels sistemes làser de CO2 i Nd:YVO4.S'ha implementat una implementació completa de control de retroalimentació amb precisió submicronica de posicionament lineal amb retroalimentació del codificador.En particular, l'automatització de la radiació làser i el posicionament de la mostra està controlada per FPGA.El coneixement profund dels procediments operatius i del programari del sistema Nd:YVO4 va permetre substituir la unitat de control per un controlador d'automatització programable (PAC) Compact-Rio, que es va aconseguir en el pas de posicionament 3D de retroalimentació d'alta resolució dels codificadors submicrons de control de codi LabVIEW. .L'automatització total d'aquest procés al codi de LabVIEW està en desenvolupament.El treball actual i futur inclou mesures de precisió dimensional, precisió i reproductibilitat dels sistemes de disseny i l'optimització relacionada de la geometria de microcanals per a la fabricació de dispositius microfluídics i de laboratori en un xip per a aplicacions químiques/analítiques i ciències de la separació.
Nombroses aplicacions de peces modelades de metall semidur (SSM) requereixen excel·lents propietats mecàniques.Les propietats mecàniques excel·lents, com ara la resistència al desgast, l'alta resistència i la rigidesa, depenen de les característiques de la microestructura creades per la mida del gra ultra fi.Aquesta mida de gra normalment depèn de la processabilitat òptima del SSM.Tanmateix, les peces de fosa SSM sovint contenen porositat residual, que és extremadament perjudicial per al rendiment.En aquest treball s'exploraran els processos importants d'emmotllament de metalls semidurs per obtenir peces de major qualitat.Aquestes peces haurien de tenir una porositat reduïda i unes característiques microestructurals millorades, inclosa la mida del gra ultra-fin i la distribució uniforme dels precipitats d'enduriment i la composició de microelements d'aliatge.En particular, s'analitzarà la influència del mètode de pretractament temps-temperatura en el desenvolupament de la microestructura desitjada.S'investigaran les propietats resultants de la millora de la massa, com ara augments de resistència, duresa i rigidesa.
Aquest treball és un estudi de la modificació làser de la superfície d'acer per eines H13 mitjançant un mode de processament làser polsat.El pla de cribratge experimental inicial realitzat va donar lloc a un pla detallat més optimitzat.S'utilitza un làser de diòxid de carboni (CO2) amb una longitud d'ona de 10,6 µm.En el pla experimental de l'estudi s'han utilitzat taques làser de tres mides diferents: 0,4, 0,2 i 0,09 mm de diàmetre.Altres paràmetres controlables són la potència màxima del làser, la freqüència de repetició del pols i la superposició del pols.El gas argó a una pressió de 0,1 MPa ajuda constantment al processament làser.La mostra H13 es va rugir i es va gravar químicament abans del processament per augmentar l'absorció superficial a la longitud d'ona del làser de CO2.Es van preparar mostres tractades amb làser per a estudis metalogràfics i es van caracteritzar les seves propietats físiques i mecàniques.Es van realitzar estudis metal·logràfics i anàlisis de la composició química mitjançant microscòpia electrònica d'escaneig en combinació amb espectrometria de raigs X amb dispersió d'energia.La detecció de cristal·linitat i fase de la superfície modificada es va realitzar mitjançant un sistema XRD amb radiació Cu Kα i una longitud d'ona d'1, 54 Å.El perfil de la superfície es mesura mitjançant un sistema de perfilat de llapis.Les propietats de duresa de les superfícies modificades es van mesurar mitjançant la microindentació de diamant de Vickers.La influència de la rugositat superficial sobre les propietats de fatiga de les superfícies modificades es va estudiar mitjançant un sistema de fatiga tèrmica fabricat especialment.S'ha observat que és possible obtenir grans de superfície modificats amb mides ultrafines de menys de 500 nm.Es va aconseguir una profunditat superficial millorada en el rang de 35 a 150 µm en mostres H13 tractades amb làser.La cristalinitat de la superfície H13 modificada es redueix significativament, cosa que s'associa amb una distribució aleatòria de cristal·lits després del tractament amb làser.La rugositat superficial mitjana mínima corregida de H13 Ra és d'1,9 µm.Un altre descobriment important és que la duresa de la superfície H13 modificada oscil·la entre 728 i 905 HV0.1 a diferents configuracions del làser.Es va establir una relació entre els resultats de la simulació tèrmica (taxes d'escalfament i refrigeració) i els resultats de duresa per entendre millor l'efecte dels paràmetres làser.Aquests resultats són importants per al desenvolupament de mètodes d'enduriment superficial per millorar la resistència al desgast i els recobriments de protecció tèrmica.
Propietats d'impacte paramètriques de pilotes esportives sòlides per tal de desenvolupar nuclis típics per a sliotar GAA
L'objectiu principal d'aquest estudi és caracteritzar el comportament dinàmic del nucli sliotar a l'impacte.Les característiques viscoelàstiques de la pilota es van realitzar per a un rang de velocitats d'impacte.Les esferes de polímer modernes són sensibles a la velocitat de tensió, mentre que les esferes tradicionals multicomponent depenen de la tensió.La resposta viscoelàstica no lineal es defineix per dos valors de rigidesa: rigidesa inicial i rigidesa a granel.Les boles tradicionals són 2,5 vegades més rígides que les modernes, depenent de la velocitat.La velocitat més ràpida d'augment de la rigidesa de les boles convencionals dóna com a resultat un COR més no lineal en comparació amb les boles modernes.Els resultats de rigidesa dinàmica mostren una aplicabilitat limitada de les proves quasi estàtiques i les equacions de la teoria de la molla.Una anàlisi del comportament de la deformació esfèrica mostra que el desplaçament del centre de gravetat i la compressió diametral no són consistents per a tots els tipus d'esferes.Mitjançant amplis experiments de prototipat, es va investigar l'efecte de les condicions de fabricació sobre el rendiment de la pilota.Els paràmetres de producció de temperatura, pressió i composició del material van variar per produir una sèrie de boles.La duresa del polímer afecta la rigidesa però no la dissipació d'energia, augmentar la rigidesa augmenta la rigidesa de la pilota.Els additius nucleants afecten la reactivitat de la pilota, un augment de la quantitat d'additius condueix a una disminució de la reactivitat de la pilota, però aquest efecte és sensible al grau de polímer.L'anàlisi numèrica es va realitzar mitjançant tres models matemàtics per simular la resposta de la pilota a l'impacte.El primer model va demostrar ser capaç de reproduir el comportament de la pilota només en una mesura limitada, tot i que anteriorment s'havia utilitzat amb èxit en altres tipus de boles.El segon model va mostrar una representació raonable de la resposta a l'impacte de la bola que generalment era aplicable a tots els tipus de boles provats, però la precisió de predicció de la resposta de força-desplaçament no era tan alta com es requeriria per a una implementació a gran escala.El tercer model va mostrar una precisió significativament millor en simular la resposta de la pilota.Els valors de força generats pel model per a aquest model són un 95% coherents amb les dades experimentals.
Aquest treball va aconseguir dos objectius principals.Un és el disseny i la fabricació d'un viscosímetre capil·lar d'alta temperatura, i el segon és la simulació de flux metàl·lic semisòlid per ajudar en el disseny i proporcionar dades amb finalitats de comparació.Es va construir un viscosímetre capil·lar d'alta temperatura i es va utilitzar per a les proves inicials.El dispositiu s'utilitzarà per mesurar la viscositat de metalls semidurs en condicions d'elevades temperatures i velocitats de cisalla similars a les que s'utilitzen a la indústria.El viscosímetre capil·lar és un sistema d'un sol punt que pot calcular la viscositat mesurant el cabal i la caiguda de pressió a través del capil·lar, ja que la viscositat és directament proporcional a la caiguda de pressió i inversament proporcional al flux.Els criteris de disseny inclouen requisits per a temperatures ben controlades fins a 800ºC, velocitats de cisalla d'injecció superiors a 10.000 s-1 i perfils d'injecció controlats.Es va desenvolupar un model teòric de dues fases bidimensional que depèn del temps utilitzant el programari FLUENT per a la dinàmica de fluids computacional (CFD).Això s'ha utilitzat per avaluar la viscositat dels metalls semisòlids quan passen per un viscosímetre capil·lar dissenyat a velocitats d'injecció de 0,075, 0,5 i 1 m/s.També es va investigar l'efecte d'una fracció de sòlids metàl·lics (fs) de 0,25 a 0,50.Per a l'equació de viscositat de la llei de potència utilitzada per desenvolupar el model Fluent, es va observar una forta correlació entre aquests paràmetres i la viscositat resultant.
Aquest article investiga l'efecte dels paràmetres del procés en la producció de compostos de matriu metàl·lica Al-SiC (MMC) en un procés de compostatge per lots.Els paràmetres del procés estudiats inclouen la velocitat de l'agitador, el temps de l'agitador, la geometria de l'agitador, la posició de l'agitador, la temperatura del líquid metàl·lic (viscositat).Es van realitzar simulacions visuals a temperatura ambient (25 ± C), simulacions per ordinador i proves de verificació per a la producció de MMC Al-SiC.En simulacions visuals i per ordinador, aigua i glicerina/aigua es van utilitzar per representar alumini líquid i semisòlid, respectivament.Es van investigar els efectes de viscositats d'1, 300, 500, 800 i 1000 mPa·s i velocitats d'agitació de 50, 100, 150, 200, 250 i 300 rpm.10 rotllos per peça.El % de partícules de SiC reforçades, similars a les utilitzades en MMK d'alumini, es van utilitzar en proves de visualització i computació.Les proves d'imatge es van dur a terme en gots de vidre transparent.Les simulacions computacionals es van realitzar mitjançant Fluent (programa CFD) i el paquet opcional MixSim.Això inclou la simulació 2D axisimètrica multifàsica depenent del temps de rutes de producció utilitzant el model eulerià (granular).S'ha establert la dependència del temps de dispersió de partícules, el temps de sedimentació i l'alçada del vòrtex de la geometria de la mescla i la velocitat de rotació de l'agitador.Per a un agitador amb pales °at, s'ha trobat que un angle de paleta de 60 graus és més adequat per obtenir ràpidament una dispersió uniforme de partícules.Com a resultat d'aquestes proves, es va trobar que per obtenir una distribució uniforme del SiC, la velocitat d'agitació era de 150 rpm per al sistema aigua-SiC i de 300 rpm per al sistema de glicerol/aigua-SiC.Es va trobar que augmentar la viscositat d'1 mPa·s (per a metall líquid) a 300 mPa·s (per a metall semisòlid) tenia un gran impacte en el temps de dispersió i deposició de SiC.Tanmateix, un nou augment de 300 mPa·s a 1000 mPa·s té poc efecte en aquest temps.Una part important d'aquest treball va incloure el disseny, la construcció i la validació d'una màquina de fosa d'enduriment ràpid dedicada per a aquest mètode de tractament d'alta temperatura.La màquina consta d'un agitador amb quatre fulles planes amb un angle de 60 graus i un gresol en una cambra de forn amb calefacció resistiva.La instal·lació inclou un actuador que extinge ràpidament la mescla processada.Aquest equip s'utilitza per a la producció de materials compostos Al-SiC.En general, es va trobar un bon acord entre la visualització, el càlcul i els resultats de les proves experimentals.
Hi ha moltes tècniques de prototipat ràpid (RP) diferents que s'han desenvolupat per a ús a gran escala principalment en l'última dècada.Els sistemes de prototipatge ràpid disponibles comercialment avui dia utilitzen una varietat de tecnologies que utilitzen paper, cera, resines fotopolimeritzables, polímers i pols metàl·liques noves.El projecte incloïa un mètode de prototipat ràpid, Fused Deposition Modeling, comercialitzat per primera vegada l'any 1991. En aquest treball, es va desenvolupar i utilitzar una nova versió del sistema de modelatge per superfícies amb cera.Aquest projecte descriu el disseny bàsic del sistema i el mètode de deposició de cera.Les màquines FDM creen peces extruint material semi-fos sobre una plataforma en un patró predeterminat mitjançant broquets escalfats.El broquet d'extrusió està muntat sobre una taula XY controlada per un sistema informàtic.En combinació amb el control automàtic del mecanisme de l'èmbol i la posició del dipòsit, es produeixen models precisos.Les capes individuals de cera s'apilen una sobre l'altra per crear objectes 2D i 3D.També s'han analitzat les propietats de la cera per optimitzar el procés de producció dels models.Aquests inclouen la temperatura de transició de fase de la cera, la viscositat de la cera i la forma de la gota de cera durant el processament.
Durant els últims cinc anys, els equips d'investigació del Clúster Científic de la Divisió de la Ciutat de Dublín han desenvolupat dos processos de micromecanitzat làser que poden crear canals i voxels amb una resolució reproduïble a escala de micres.El focus d'aquest treball se centra en l'ús de materials personalitzats per aïllar biomolècules diana.El treball preliminar demostra que es poden crear noves morfologies de mescla capil·lar i canals superficials per millorar les capacitats de separació.Aquest treball se centrarà en l'aplicació de les eines de micromecanitzat disponibles per dissenyar geometries superficials i canals que proporcionaran una millora de la separació i caracterització dels sistemes biològics.L'aplicació d'aquests sistemes seguirà l'enfocament de laboratori en xip amb finalitats de biodiagnòstic.Els dispositius fets amb aquesta tecnologia desenvolupada s'utilitzaran al laboratori de microfluídica del projecte en un xip.L'objectiu del projecte és utilitzar tècniques de disseny experimental, optimització i simulació per proporcionar una relació directa entre els paràmetres de processament làser i les característiques dels canals a micro i nanoescala, i utilitzar aquesta informació per millorar els canals de separació en aquestes microtecnologies.Els resultats específics del treball inclouen: disseny de canals i morfologia superficial per millorar la ciència de la separació;etapes monolítices de bombeig i extracció en encenalls integrats;separació de biomolècules diana seleccionades i extretes en xips integrats.
Generació i control de gradients de temperatura temporals i perfils longitudinals al llarg de columnes LC capil·lars mitjançant matrius Peltier i termografia infraroja
S'ha desenvolupat una nova plataforma de contacte directe per al control precís de la temperatura de les columnes capil·lars basada en l'ús de cèl·lules Peltier termoelèctriques controlades individualment disposades en sèrie.La plataforma proporciona un control ràpid de la temperatura per a columnes capil·lars i micro LC i permet la programació simultània de temperatures temporals i espacials.La plataforma funciona en un rang de temperatura de 15 a 200 °C amb una velocitat de rampa d'aproximadament 400 °C/min per a cadascuna de les 10 cèl·lules Peltier alineades.El sistema s'ha avaluat per a diversos modes de mesura no estàndard basats en capil·lars, com ara l'aplicació directa de gradients de temperatura amb perfils lineals i no lineals, incloent gradients de temperatura de columna estàtica i gradients de temperatura temporals, gradients controlats de temperatura precisos, monolítics capil·lars polimeritzats. fases estacionàries, i fabricació de fases monolítices en canals microfluídics (en un xip).L'instrument es pot utilitzar amb sistemes de cromatografia estàndard i de columna.
Enfocament electrohidrodinàmic en un dispositiu microfluídic planar bidimensional per a la preconcentració d'anàlits petits
Aquest treball inclou l'enfocament electrohidrodinàmic (EHDF) i la transferència de fotons per ajudar en el desenvolupament del preenriquiment i la identificació d'espècies.L'EHDF és un mètode d'enfocament equilibrat d'ions basat en l'establiment d'un equilibri entre forces hidrodinàmiques i elèctriques, en què els ions d'interès es tornen estacionaris.Aquest estudi presenta un mètode nou que utilitza un dispositiu microfluídic pla d'espai pla 2D obert en 2D en lloc del sistema de microcanals convencional.Aquests dispositius poden preconcentrar grans quantitats de substàncies i són relativament fàcils de fabricar.Aquest estudi presenta els resultats d'una simulació recentment desenvolupada utilitzant COMSOL Multiphysics® 3.5a.Els resultats d'aquests models es van comparar amb resultats experimentals per provar les geometries de flux identificades i les àrees d'alta concentració.El model microfluídic numèric desenvolupat es va comparar amb experiments publicats anteriorment i els resultats van ser molt consistents.A partir d'aquestes simulacions, es va investigar un nou tipus de vaixell per proporcionar condicions òptimes per a l'EHDF.Els resultats experimentals amb el xip van superar el rendiment del model.En els xips microfluídics fabricats, es va observar un nou mode, anomenat EGDP lateral, quan la substància objecte d'estudi es va enfocar perpendicularment a la tensió aplicada.Perquè la detecció i la imatge són aspectes clau d'aquests sistemes de preenriquiment i identificació d'espècies.Es presenten models numèrics i verificació experimental de la propagació de la llum i la distribució de la intensitat de la llum en sistemes microfluídics bidimensionals.El model numèric desenvolupat de propagació de la llum es va verificar experimentalment amb èxit tant pel que fa al recorregut real de la llum a través del sistema com pel que fa a la distribució de la intensitat, la qual cosa va donar resultats que poden ser d'interès per a l'optimització de sistemes de fotopolimerització, així com per a sistemes de detecció òptica. utilitzant capil·lars..
Depenent de la geometria, les microestructures es poden utilitzar en telecomunicacions, microfluídica, microsensors, emmagatzematge de dades, tall de vidre i marcatge decoratiu.En aquest treball, es va investigar la relació entre la configuració dels paràmetres del sistema làser Nd:YVO4 i CO2 i la mida i la morfologia de les microestructures.Els paràmetres estudiats del sistema làser inclouen la potència P, la freqüència de repetició de pols PRF, el nombre de polsos N i la velocitat d'escaneig U. Les dimensions de sortida mesurades inclouen diàmetres de voxel equivalents així com l'amplada, profunditat i rugositat de la superfície del microcanal.Es va desenvolupar un sistema de micromecanitzat 3D utilitzant un làser Nd:YVO4 (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) per fabricar microestructures dins de mostres de policarbonat.Els voxels microestructurals tenen un diàmetre de 48 a 181 µm.El sistema també proporciona un enfocament precís mitjançant l'ús d'objectius de microscopi per crear voxels més petits en el rang de 5 a 10 µm en mostres de vidre sodo-calç, sílice fosa i safir.Es va utilitzar un làser de CO2 (1,5 kW, 10,6 µm, durada mínima del pols 26 µs) per crear microcanals a les mostres de vidre de soda-calç.La forma de la secció transversal dels microcanals variava àmpliament entre solcs en V, solcs en U i llocs d'ablació superficials.Les mides dels microcanals també varien molt: de 81 a 365 µm d'amplada, de 3 a 379 µm de profunditat i rugositat superficial de 2 a 13 µm, segons la instal·lació.Les mides dels microcanals es van examinar segons els paràmetres de processament làser mitjançant la metodologia de superfície de resposta (RSM) i el disseny d'experiments (DOE).Els resultats recollits es van utilitzar per estudiar l'efecte dels paràmetres del procés sobre la velocitat d'ablació volumètrica i massiva.A més, s'ha desenvolupat un model matemàtic de procés tèrmic per ajudar a entendre el procés i permetre predir la topologia del canal abans de la fabricació real.
La indústria de la metrologia sempre està buscant noves maneres d'explorar i digitalitzar la topografia de la superfície de manera precisa i ràpida, com ara el càlcul de paràmetres de rugositat de la superfície i la creació de núvols de punts (conjunts de punts tridimensionals que descriuen una o més superfícies) per a la modelització o l'enginyeria inversa.existeixen sistemes i els sistemes òptics han crescut en popularitat durant l'última dècada, però la majoria de perfiladors òptics són cars de comprar i mantenir.Depenent del tipus de sistema, els perfiladors òptics també poden ser difícils de dissenyar i la seva fragilitat pot no ser adequada per a la majoria d'aplicacions de botiga o fàbrica.Aquest projecte abasta el desenvolupament d'un perfilador utilitzant els principis de la triangulació òptica.El sistema desenvolupat té una superfície de taula d'escaneig de 200 x 120 mm i un rang de mesura vertical de 5 mm.La posició del sensor làser per sobre de la superfície objectiu també es pot ajustar en 15 mm.Es va desenvolupar un programa de control per a l'escaneig automàtic de peces i superfícies seleccionades per l'usuari.Aquest nou sistema es caracteritza per la precisió dimensional.L'error cosinus màxim mesurat del sistema és de 0,07°.La precisió dinàmica del sistema es mesura a 2 µm a l'eix Z (alçada) i uns 10 µm als eixos X i Y.La relació de mida entre les peces escanejades (monedes, cargols, volanderes i matrius de lents de fibra) era bona.També es parlarà de les proves del sistema, incloses les limitacions del perfilador i les possibles millores del sistema.
L'objectiu d'aquest projecte és desenvolupar i caracteritzar un nou sistema òptic en línia d'alta velocitat per a la inspecció de defectes superficials.El sistema de control es basa en el principi de la triangulació òptica i proporciona un mètode sense contacte per determinar el perfil tridimensional de superfícies difuses.Els components principals del sistema de desenvolupament inclouen un làser de díode, una càmera CMOS CCf15 i dos servomotors controlats per PC.El moviment de la mostra, la captura d'imatges i el perfil de superfícies 3D es programen al programari LabView.La comprovació de les dades capturades es pot facilitar mitjançant la creació d'un programa per a la representació virtual d'una superfície escanejada en 3D i el càlcul dels paràmetres de rugositat de la superfície requerits.Els servomotors s'utilitzen per moure la mostra en les direccions X i Y amb una resolució de 0,05 µm.El perfilador de superfícies en línia sense contacte desenvolupat pot realitzar una exploració ràpida i una inspecció de superfícies d'alta resolució.El sistema desenvolupat s'utilitza amb èxit per crear perfils de superfície 2D automàtics, perfils de superfície 3D i mesures de rugositat superficial a la superfície de diversos materials de mostra.L'equip d'inspecció automatitzada té una àrea d'escaneig XY de 12 x 12 mm.Per caracteritzar i calibrar el sistema de perfilat desenvolupat, es va comparar el perfil de superfície mesurat pel sistema amb la mateixa superfície mesurada mitjançant un microscopi òptic, microscopi binocular, AFM i Mitutoyo Surftest-402.
Els requisits de qualitat dels productes i dels materials utilitzats en ells són cada cop més exigents.La solució a molts problemes d'assegurament de la qualitat visual (QA) és l'ús de sistemes automatitzats d'inspecció de superfícies en temps real.Això requereix una qualitat uniforme del producte amb un alt rendiment.Per tant, es necessiten sistemes que siguin 100% capaços de provar materials i superfícies en temps real.Per aconseguir aquest objectiu, la combinació de la tecnologia làser i la tecnologia de control informàtic proporciona una solució eficaç.En aquest treball, es va desenvolupar un sistema d'escaneig làser sense contacte d'alta velocitat, baix cost i alta precisió.El sistema és capaç de mesurar el gruix d'objectes sòlids opacs mitjançant el principi de triangulació òptica làser.El sistema desenvolupat garanteix la precisió i la reproductibilitat de les mesures a nivell micròmetre.
L'objectiu d'aquest projecte és dissenyar i desenvolupar un sistema d'inspecció làser per a la detecció de defectes superficials i avaluar el seu potencial per a aplicacions en línia d'alta velocitat.Els components principals del sistema de detecció són un mòdul de díode làser com a font d'il·luminació, una càmera d'accés aleatori CMOS com a unitat de detecció i una etapa de traducció XYZ.Es van desenvolupar algorismes per analitzar les dades obtingudes mitjançant l'escaneig de diferents superfícies de mostra.El sistema de control es basa en el principi de triangulació òptica.El raig làser incideix obliquament a la superfície de la mostra.Aleshores, la diferència d'alçada de la superfície es pren com el moviment horitzontal del punt làser sobre la superfície de la mostra.Això permet prendre mesures d'alçada mitjançant el mètode de triangulació.El sistema de detecció desenvolupat es calibra primer per obtenir un factor de conversió que reflectirà la relació entre el desplaçament del punt mesurat pel sensor i el desplaçament vertical de la superfície.Els experiments es van dur a terme en diferents superfícies dels materials de mostra: llautó, alumini i acer inoxidable.El sistema desenvolupat és capaç de generar amb precisió un mapa topogràfic 3D dels defectes que es produeixen durant el funcionament.Es va aconseguir una resolució espacial d'uns 70 µm i una resolució de profunditat de 60 µm.El rendiment del sistema també es verifica mitjançant la mesura de la precisió de les distàncies mesurades.
Els sistemes d'escaneig làser de fibra d'alta velocitat s'utilitzen en entorns de fabricació industrial automatitzat per detectar defectes superficials.Els mètodes més moderns per detectar defectes superficials inclouen l'ús de fibres òptiques per a la il·luminació i la detecció de components.Aquesta tesi inclou el disseny i desenvolupament d'un nou sistema optoelectrònic d'alta velocitat.En aquest article, s'investiguen dues fonts de LED, LED (díodes emissors de llum) i díodes làser.Una fila de cinc díodes emissors i cinc fotodiodes receptors es troben l'un enfront de l'altre.La recollida de dades és controlada i analitzada per un ordinador mitjançant el programari LabVIEW.El sistema s'utilitza per mesurar les dimensions de defectes superficials com forats (1 mm), forats cecs (2 mm) i osques en diversos materials.Els resultats mostren que, tot i que el sistema està dissenyat principalment per a l'escaneig 2D, també pot funcionar com un sistema d'imatge en 3D limitat.El sistema també va demostrar que tots els materials metàl·lics estudiats eren capaços de reflectir senyals infrarojos.Un mètode recentment desenvolupat que utilitza una matriu de fibres inclinades permet que el sistema aconsegueixi una resolució ajustable amb una resolució màxima del sistema d'aproximadament 100 µm (diàmetre de la fibra de recollida).El sistema s'ha utilitzat amb èxit per mesurar el perfil de la superfície, la rugositat de la superfície, el gruix i la reflectivitat de diversos materials.Amb aquest sistema es poden provar alumini, acer inoxidable, llautó, coure, tuffnol i policarbonat.Els avantatges d'aquest nou sistema són una detecció més ràpida, un menor cost, una mida més petita, una major resolució i flexibilitat.
Dissenyar, construir i provar nous sistemes per integrar i desplegar noves tecnologies de sensors ambientals.Especialment indicat per a aplicacions de control de bacteris fecals
Modificació de l'estructura micro-nano dels panells fotovoltaics solars de silici per millorar el subministrament d'energia
Un dels principals reptes d'enginyeria als quals s'enfronta la societat mundial avui és el subministrament d'energia sostenible.És hora que la societat comenci a dependre molt de les energies renovables.El sol proporciona a la Terra energia gratuïta, però els mètodes moderns d'utilitzar aquesta energia en forma d'electricitat tenen algunes limitacions.En el cas de les cèl·lules fotovoltaiques, el principal problema és la insuficient eficiència de captació d'energia solar.El micromecanitzat làser s'utilitza habitualment per crear interconnexions entre capes actives fotovoltaiques, com ara substrats de vidre, silici hidrogenat i capes d'òxid de zinc.També se sap que es pot obtenir més energia augmentant la superfície d'una cèl·lula solar, per exemple mitjançant el micromecanitzat.S'ha demostrat que els detalls del perfil superficial a nanoescala afecten l'eficiència d'absorció d'energia de les cèl·lules solars.L'objectiu d'aquest article és investigar els beneficis d'adaptar estructures de cèl·lules solars a micro, nano i mesoescala per proporcionar una major potència.Variar els paràmetres tecnològics d'aquestes microestructures i nanoestructures permetrà estudiar la seva influència en la topologia superficial.Les cèl·lules es provaran per determinar l'energia que produeixen quan s'exposen a nivells controlats experimentalment de llum electromagnètica.S'establirà una relació directa entre l'eficiència cel·lular i la textura superficial.
Els compostos de matriu metàl·lica (MMC) s'estan convertint ràpidament en candidats principals per al paper dels materials estructurals en enginyeria i electrònica.Alumini (Al) i coure (Cu) reforçats amb SiC per les seves excel·lents propietats tèrmiques (per exemple, baix coeficient d'expansió tèrmica (CTE), alta conductivitat tèrmica) i propietats mecàniques millorades (per exemple, major resistència específica, millor rendiment).S'utilitza àmpliament en diverses indústries per a la resistència al desgast i el mòdul específic.Recentment, aquests MMC d'alta ceràmica s'han convertit en una altra tendència per a aplicacions de control de temperatura en paquets electrònics.Normalment, en paquets de dispositius d'alimentació, s'utilitza alumini (Al) o coure (Cu) com a dissipador de calor o placa base per connectar-se al substrat ceràmic que porta el xip i les estructures de pins associades.La gran diferència de coeficient d'expansió tèrmica (CTE) entre la ceràmica i l'alumini o el coure és desavantatge perquè redueix la fiabilitat de l'envàs i també limita la mida del substrat ceràmic que es pot unir al substrat.
Davant d'aquesta mancança, ara és possible desenvolupar, investigar i caracteritzar nous materials que compleixin aquests requisits per als materials millorats tèrmicament.Amb una conductivitat tèrmica millorada i propietats del coeficient d'expansió tèrmica (CTE), MMC CuSiC i AlSiC són ara solucions viables per a l'embalatge d'electrònica.Aquest treball avaluarà les propietats termofísiques úniques d'aquests MMC i les seves possibles aplicacions per a la gestió tèrmica dels paquets electrònics.
Les companyies petrolieres experimenten una corrosió important a la zona de soldadura dels sistemes de la indústria del petroli i del gas fets d'acers al carboni i de baix aliatge.En entorns que contenen CO2, els danys per corrosió solen atribuir-se a diferències en la resistència de les pel·lícules protectores contra la corrosió dipositades en diverses microestructures d'acer al carboni.La corrosió local en el metall de soldadura (WM) i la zona afectada per la calor (HAZ) es deu principalment als efectes galvànics a causa de les diferències en la composició i la microestructura de l'aliatge.Es van investigar les característiques microestructurals del metall base (PM), WM i HAZ per entendre l'efecte de la microestructura sobre el comportament a la corrosió de les juntes soldades d'acer suau.Es van realitzar proves de corrosió en una solució de NaCl al 3,5% saturada amb CO2 en condicions desoxigenades a temperatura ambient (20±2°C) i pH 4,0±0,3.La caracterització del comportament a la corrosió es va dur a terme mitjançant mètodes electroquímics per determinar el potencial de circuit obert, l'exploració potenciodinàmica i la resistència a la polarització lineal, així com la caracterització metal·logràfica general mitjançant microscòpia òptica.Les principals fases morfològiques detectades són la ferrita acicular, l'austenita retinguda i l'estructura martensítico-bainítica en WM.Són menys freqüents en HAZ.Es van trobar comportaments electroquímics i taxes de corrosió significativament diferents a PM, VM i HAZ.
Els treballs objecte d'aquest projecte estan orientats a millorar l'eficiència elèctrica de les bombes submergibles.Les exigències de la indústria de les bombes per moure's en aquesta direcció han augmentat recentment amb la introducció d'una nova legislació de la UE que exigeix que la indústria en conjunt assoleixi nivells nous i més alts d'eficiència.Aquest article analitza l'ús d'una camisa de refrigeració per refredar la zona del solenoide de la bomba i proposa millores de disseny.En particular, es caracteritzen el flux de fluids i la transferència de calor a les camisas de refrigeració de les bombes operatives.Les millores en el disseny de la jaqueta proporcionaran una millor transferència de calor a la zona del motor de la bomba, donant lloc a una millor eficiència de la bomba alhora que redueix la resistència induïda.Per a aquest treball, es va afegir un sistema d'assaig de bombes muntat en fossa seca al tanc de prova existent de 250 m3.Això permet un seguiment amb càmera d'alta velocitat del camp de flux i una imatge tèrmica de la carcassa de la bomba.El camp de flux validat per l'anàlisi CFD permet experimentar, provar i comparar dissenys alternatius per mantenir les temperatures de funcionament tan baixes com sigui possible.El disseny original de la bomba de pol M60-4 va suportar una temperatura màxima de la carcassa de la bomba externa de 45 °C i una temperatura màxima de l'estator de 90 °C.L'anàlisi de diversos dissenys de models mostra quins dissenys són més útils per a sistemes més eficients i quins no s'han d'utilitzar.En particular, el disseny de la bobina de refrigeració integrada no té cap millora respecte al disseny original.L'augment del nombre de pales de l'impulsor de quatre a vuit va reduir la temperatura de funcionament mesurada a la carcassa en set graus centígrads.
La combinació d'una alta densitat de potència i un temps d'exposició reduït en el processament del metall produeix un canvi en la microestructura de la superfície.L'obtenció de la combinació òptima de paràmetres de procés làser i velocitat de refredament és fonamental per canviar l'estructura del gra i millorar les propietats tribològiques a la superfície del material.L'objectiu principal d'aquest estudi era investigar l'efecte del processament làser de pols ràpid sobre les propietats tribològiques dels biomaterials metàl·lics disponibles comercialment.Aquest treball està dedicat a la modificació de superfícies làser d'acer inoxidable AISI 316L i Ti-6Al-4V.Es va utilitzar un làser de CO2 polsat d'1,5 kW per estudiar la influència de diversos paràmetres del procés làser i la microestructura i morfologia de la superfície resultant.Utilitzant una mostra cilíndrica girada perpendicularment a la direcció de la radiació làser, es va variar la intensitat de la radiació làser, el temps d'exposició, la densitat de flux d'energia i l'amplada del pols.La caracterització es va realitzar mitjançant SEM, EDX, mesures de rugositat de l'agulla i anàlisi XRD.També es va implementar un model de predicció de la temperatura superficial per establir els paràmetres inicials del procés experimental.A continuació, es va realitzar un mapeig del procés per determinar una sèrie de paràmetres específics per al tractament làser de la superfície de l'acer fos.Hi ha una forta correlació entre la il·luminació, el temps d'exposició, la profunditat de processament i la rugositat de la mostra processada.L'augment de la profunditat i la rugositat dels canvis microestructurals es van associar amb nivells d'exposició i temps d'exposició més elevats.Mitjançant l'anàlisi de la rugositat i la profunditat de la zona tractada, s'utilitzen models de fluència energètica i temperatura superficial per predir el grau de fusió que es produirà a la superfície.A mesura que augmenta el temps d'interacció del raig làser, la rugositat superficial de l'acer augmenta per a diversos nivells d'energia de pols estudiats.Si bé es va observar que l'estructura de la superfície conservava l'alineació normal dels cristalls, es van observar canvis en l'orientació del gra a les zones tractades amb làser.
Anàlisi i caracterització del comportament de l'estrès dels teixits i les seves implicacions per al disseny de bastides
En aquest projecte, es van desenvolupar diverses geometries de bastida diferents i es va realitzar una anàlisi d'elements finits per entendre les propietats mecàniques de l'estructura òssia, el seu paper en el desenvolupament del teixit i la màxima distribució de l'estrès i la tensió a la bastida.Es van recollir exploracions de tomografia computaritzada (TC) de mostres d'os trabecular a més de les estructures de bastida dissenyades amb CAD.Aquests dissenys permeten crear i provar prototips, així com realitzar FEM d'aquests dissenys.Es van realitzar mesures mecàniques de microdeformacions en bastides fabricades i exemplars trabeculars de l'os del cap femoral i es van comparar aquests resultats amb els obtinguts per la FEA per a les mateixes estructures.Es creu que les propietats mecàniques depenen de la forma de porus dissenyada (estructura), la mida dels porus (120, 340 i 600 µm) i les condicions de càrrega (amb o sense blocs de càrrega).Els canvis en aquests paràmetres es van investigar per a marcs porosos de 8 mm3, 22,7 mm3 i 1000 mm3 per tal d'estudiar exhaustivament el seu efecte sobre la distribució de l'estrès.Els resultats d'experiments i simulacions mostren que el disseny geomètric de l'estructura juga un paper important en la distribució de l'estrès, i destaquen el gran potencial del disseny de l'estructura per millorar la regeneració òssia.En general, la mida dels porus és més important que el nivell de porositat per determinar el nivell d'estrès màxim global.Tanmateix, el nivell de porositat també és important per determinar l'osteoconductivitat de les estructures de bastida.A mesura que el nivell de porositat augmenta del 30% al 70%, el valor de tensió màxima augmenta significativament per a la mateixa mida de porus.
La mida dels porus de la bastida també és important per al mètode de fabricació.Tots els mètodes moderns de prototipat ràpid tenen certes limitacions.Tot i que la fabricació convencional és més versàtil, sovint són impossibles de fabricar dissenys més complexos i petits.Actualment, la majoria d'aquestes tecnologies són nominalment incapaces de produir de manera sostenible porus per sota de 500 µm.Així, els resultats amb una mida de porus de 600 µm en aquest treball són els més rellevants per a les capacitats de producció de les tecnologies de fabricació ràpida actuals.L'estructura hexagonal presentada, encara que considerada només en una direcció, seria l'estructura més anisòtropa en comparació amb les estructures basades en el cub i el triangle.Les estructures cúbiques i triangulars són relativament isòtropes en comparació amb les estructures hexagonals.L'anisotropia és important quan es considera l'osteoconductivitat de la bastida dissenyada.La distribució de l'estrès i la ubicació de l'obertura afecten el procés de remodelació, i diferents condicions de càrrega poden canviar el valor de tensió màxima i la seva ubicació.La direcció de càrrega predominant hauria de promoure la mida i la distribució dels porus per permetre que les cèl·lules creixin en porus més grans i proporcionin nutrients i materials de construcció.Una altra conclusió interessant d'aquest treball, en examinar la distribució de l'esforç en la secció transversal dels pilars, és que es registren valors d'esforç més alts a la superfície dels pilars en comparació amb el centre.En aquest treball, es va demostrar que la mida dels porus, el nivell de porositat i el mètode de càrrega estan estretament relacionats amb els nivells d'estrès experimentats a l'estructura.Aquestes troballes demostren la possibilitat de crear estructures de puntal en les quals els nivells d'estrès a la superfície del puntal poden variar en major mesura, cosa que pot promoure la fixació i el creixement cel·lular.
Les bastides de substitució òssia sintètica ofereixen l'oportunitat d'adaptar individualment les propietats, superar la disponibilitat limitada dels donants i millorar l'osteointegració.L'enginyeria òssia pretén abordar aquests problemes proporcionant empelts d'alta qualitat que es poden subministrar en grans quantitats.En aquestes aplicacions, tant la geometria interna com externa de la bastida són de gran importància, ja que tenen un impacte significatiu en les propietats mecàniques, la permeabilitat i la proliferació cel·lular.La tecnologia de prototipatge ràpid permet l'ús de materials no estàndard amb una geometria determinada i optimitzada, fabricats amb alta precisió.Aquest article explora la capacitat de les tècniques d'impressió 3D per fabricar geometries complexes de bastides esquelètiques mitjançant materials de fosfat de calci biocompatibles.Els estudis preliminars del material patentat mostren que es pot aconseguir el comportament mecànic direccional previst.Les mesures reals de les propietats mecàniques direccionals de les mostres fabricades van mostrar les mateixes tendències que els resultats de l'anàlisi d'elements finits (FEM).Aquest treball també demostra la viabilitat de la impressió 3D per fabricar bastides de geometria d'enginyeria de teixits a partir d'un ciment de fosfat de calci biocompatible.Els marcs es van fer mitjançant la impressió amb una solució aquosa d'hidrogen fosfat disòdic sobre una capa de pols formada per una barreja homogènia d'hidrogen fosfat de calci i hidròxid de calci.La reacció de deposició química humida té lloc al llit de pols de la impressora 3D.Es van fer mostres sòlides per mesurar les propietats mecàniques de la compressió volumètrica del ciment de fosfat de calci (CPC) fabricat.Les peces així produïdes tenien un mòdul mitjà d'elasticitat de 3,59 MPa i una resistència mitjana a la compressió de 0,147 MPa.La sinterització condueix a un augment significatiu de les propietats de compressió (E = 9,15 MPa, σt = 0,483 MPa), però redueix la superfície específica del material.Com a resultat de la sinterització, el ciment de fosfat càlcic es descompon en fosfat tricálcic β (β-TCP) i hidroxiapatita (HA), que es confirma amb les dades de l'anàlisi termogravimètrica i tèrmica diferencial (TGA/DTA) i l'anàlisi de difracció de raigs X. XRD).Les propietats són insuficients per als implants amb molta càrrega, on la resistència requerida és d'1,5 a 150 MPa i la rigidesa a la compressió supera els 10 MPa.No obstant això, un posterior processament, com ara la infiltració amb polímers biodegradables, pot fer que aquestes estructures siguin adequades per a aplicacions de stent.
Objectiu: La investigació en mecànica del sòl ha demostrat que la vibració aplicada als àrids produeix una alineació de partícules més eficient i una reducció de l'energia necessària per actuar sobre l'àrid.El nostre objectiu era desenvolupar un mètode per a l'impacte de la vibració en el procés d'impactació òssia i avaluar el seu efecte sobre les propietats mecàniques dels empelts impactats.
Fase 1: Fresat de 80 caps de fèmur boví amb un molí d'os Noviomagus.A continuació, es van rentar els empelts amb un sistema de rentat salí polsat en una safata de garbell.Es va desenvolupar un dispositiu de vibroimpacte, equipat amb dos motors de 15 V DC amb pesos excèntrics fixats dins d'un cilindre metàl·lic.Llançar-hi un pes des d'una alçada determinada 72 vegades per reproduir el procés de colpejar un os.Es va provar el rang de freqüència de vibració mesurat amb un acceleròmetre instal·lat a la cambra de vibració.A continuació, cada prova de cisalla es va repetir amb quatre càrregues normals diferents per obtenir una sèrie de corbes tensió-deformació.Es van construir embolcalls de fallada Mohr-Coulomb per a cada prova, a partir dels quals es van derivar els valors de resistència al tall i de bloqueig.
Fase 2: repetiu l'experiment afegint sang per replicar l'entorn ric que es troba en els entorns quirúrgics.
Etapa 1: els empelts amb una vibració augmentada a totes les freqüències de vibració van mostrar una força de cisalla més alta en comparació amb l'impacte sense vibració.La vibració a 60 Hz va tenir el major impacte i va ser significativa.
Etapa 2: l'empelt amb impacte vibratori addicional en àrids saturats va mostrar una resistència a tall inferior per a totes les càrregues de compressió normals que l'impacte sense vibració.
Conclusió: els principis de l'enginyeria civil són aplicables a la implantació de l'os implantat.En àrids secs, l'addició de vibració pot millorar les propietats mecàniques de les partícules d'impacte.En el nostre sistema, la freqüència de vibració òptima és de 60 Hz.En àrids saturats, un augment de la vibració afecta negativament la resistència a tall de l'àrid.Això es pot explicar pel procés de liqüefacció.
L'objectiu d'aquest treball era dissenyar, construir i provar un sistema que pugui pertorbar els subjectes que hi estan dempeus per avaluar la seva capacitat de resposta a aquests canvis.Això es pot fer inclinant ràpidament la superfície sobre la qual es troba la persona i després tornant-la a una posició horitzontal.A partir d'això és possible determinar si els subjectes van ser capaços de mantenir un estat d'equilibri i quant de temps van trigar a restaurar aquest estat d'equilibri.Aquest estat d'equilibri es determinarà mesurant la influència postural del subjecte.El seu balanceig postural natural es va mesurar amb un panell de perfil de pressió del peu per determinar quant va ser el balanceig durant la prova.El sistema també està dissenyat per ser més versàtil i assequible que el comercialment disponible actualment perquè, tot i que aquestes màquines són importants per a la investigació, actualment no s'utilitzen àmpliament pel seu alt cost.El nou sistema desenvolupat que es presenta en aquest article s'ha utilitzat per moure objectes de prova de fins a 100 kg de pes.
En aquest treball, es van dissenyar sis experiments de laboratori en enginyeria i ciències físiques per millorar el procés d'aprenentatge dels estudiants.Això s'aconsegueix instal·lant i creant instruments virtuals per a aquests experiments.L'ús d'instruments virtuals es compara directament amb els mètodes tradicionals d'ensenyament de laboratori, i es discuteix les bases per al desenvolupament d'ambdós enfocaments.Els treballs previs amb aprenentatge assistit per ordinador (CBL) en projectes similars relacionats amb aquest treball s'han utilitzat per avaluar alguns dels beneficis dels instruments virtuals, especialment els relacionats amb l'augment de l'interès dels estudiants, la retenció de memòria, la comprensió i, en definitiva, els informes de laboratori..beneficis relacionats.L'experiment virtual que es parla en aquest estudi és una versió revisada de l'experiment d'estil tradicional i, per tant, proporciona una comparació directa de la nova tècnica CBL amb el laboratori d'estil tradicional.No hi ha cap diferència conceptual entre les dues versions de l'experiment, l'única diferència està en la forma en què es presenta.L'efectivitat d'aquests mètodes de CBL es va avaluar observant el rendiment dels estudiants utilitzant l'instrument virtual en comparació amb altres estudiants de la mateixa classe que realitzen la modalitat experimental tradicional.Tots els estudiants són avaluats mitjançant l'enviament d'informes, preguntes d'opció múltiple relacionades amb els seus experiments i qüestionaris.Els resultats d'aquest estudi també es van comparar amb altres estudis relacionats en l'àmbit de la CBL.
Hora de publicació: 19-feb-2023