Cilj ovog rada je razvoj automatizovanog procesa laserske obrade sa visokom dimenzionalnom preciznošću i unapred određenim troškovima procesa.Ovaj rad uključuje analizu modela predviđanja veličine i troškova za lasersku proizvodnju unutrašnjih Nd:YVO4 mikrokanala u PMMA i internu lasersku obradu polikarbonata za izradu mikrofluidnih uređaja.Da bi postigli ove ciljeve projekta, ANN i DoE uporedili su veličinu i cenu CO2 i Nd:YVO4 laserskih sistema.Implementirana je potpuna implementacija povratne kontrole sa submikronskom tačnošću linearnog pozicioniranja sa povratnom spregom od enkodera.Konkretno, automatizacijom laserskog zračenja i pozicioniranja uzorka upravlja FPGA.Detaljno poznavanje operativnih procedura i softvera sistema Nd:YVO4 omogućilo je da se kontrolna jedinica zameni sa Compact-Rio programabilnim automatizacionim kontrolerom (PAC), što je postignuto u koraku 3D pozicioniranja visoke rezolucije kod LabVIEW Code Control Submicron enkodera .Potpuna automatizacija ovog procesa u LabVIEW kodu je u razvoju.Trenutni i budući rad uključuje mjerenja tačnosti dimenzija, preciznosti i ponovljivosti projektnih sistema, te srodnu optimizaciju geometrije mikrokanala za mikrofluidnu i laboratorijsku proizvodnju uređaja na čipu za kemijske/analitičke primjene i nauku o separaciji.
Brojne primjene lijevanih polutvrdih metalnih (SSM) dijelova zahtijevaju odlična mehanička svojstva.Izuzetna mehanička svojstva kao što su otpornost na habanje, visoka čvrstoća i krutost ovise o karakteristikama mikrostrukture koje stvara ultra-fina veličina zrna.Ova veličina zrna obično zavisi od optimalne obradivosti SSM-a.Međutim, SSM odljevci često sadrže zaostalu poroznost, što je izuzetno štetno za performanse.U ovom radu će se istražiti važni procesi oblikovanja polutvrdih metala za dobivanje kvalitetnijih dijelova.Ovi dijelovi bi trebali imati smanjenu poroznost i poboljšane mikrostrukturne karakteristike, uključujući ultra-finu veličinu zrna i ujednačenu distribuciju otvrdnjavajućih precipitata i sastava legirajućih mikroelemenata.Posebno će se analizirati utjecaj metode vremensko-temperaturne predtretmana na razvoj željene mikrostrukture.Istražit će se svojstva koja proizlaze iz poboljšanja mase, kao što su povećanje snage, tvrdoće i krutosti.
Ovaj rad je studija laserske modifikacije površine alatnog čelika H13 korištenjem pulsnog laserskog načina obrade.Inicijalni eksperimentalni plan skrininga koji je sproveden rezultirao je optimiziranim detaljnim planom.Koristi se ugljen-dioksid (CO2) laser talasne dužine 10,6 µm.U eksperimentalnom planu istraživanja korištene su laserske mrlje tri različite veličine: prečnika 0,4, 0,2 i 0,09 mm.Ostali parametri koji se mogu kontrolirati su vršna snaga lasera, stopa ponavljanja impulsa i preklapanje impulsa.Gas argon pod pritiskom od 0,1 MPa konstantno pomaže laserskoj obradi.Uzorak H13 je hrapav i hemijski urezan prije obrade kako bi se povećala apsorpcija površine na talasnoj dužini CO2 lasera.Laserski obrađeni uzorci pripremljeni su za metalografska ispitivanja i okarakterisana su njihova fizička i mehanička svojstva.Metalografska istraživanja i analize hemijskog sastava vršene su pomoću skenirajuće elektronske mikroskopije u kombinaciji sa energetsko disperzivnom rendgenskom spektrometrijom.Detekcija kristalnosti i faze modifikovane površine izvedena je korišćenjem XRD sistema sa Cu Kα zračenjem i talasnom dužinom od 1,54 Å.Profil površine se meri pomoću sistema za profilisanje iglom.Svojstva tvrdoće modificiranih površina mjerena su Vickers dijamantskim mikroutiskom.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 ultrafinih veličina manjih od 500 nm.Poboljšana dubina površine u rasponu od 35 do 150 µm postignuta je na laserski tretiranim H13 uzorcima.Kristaliničnost modificirane površine H13 je značajno smanjena, što je povezano sa slučajnom distribucijom kristalita nakon laserskog tretmana.Minimalna ispravljena prosječna hrapavost površine H13 Ra je 1,9 µm.Još jedno važno otkriće je da se tvrdoća modificirane površine H13 kreće od 728 do 905 HV0.1 pri različitim postavkama lasera.Utvrđen je odnos između rezultata termalne simulacije (brzina zagrijavanja i hlađenja) i rezultata tvrdoće kako bi se dalje razumio učinak laserskih parametara.Ovi rezultati su važni za razvoj metoda površinskog očvršćavanja za poboljšanje otpornosti na habanje i toplinske zaštite.
Parametrijska svojstva udarca čvrstih sportskih lopti kako bi se razvila tipična jezgra za GAA sliotar
Glavni cilj ovog istraživanja je okarakterizirati dinamičko ponašanje jezgre sliotara pri udaru.Izvedene su viskoelastične karakteristike lopte za niz brzina udara.Moderne polimerne kugle su osjetljive na brzinu deformacije, dok tradicionalne višekomponentne kugle zavise od deformacije.Nelinearni viskoelastični odgovor definiran je s dvije vrijednosti krutosti: početnom krutošću i krutošću obima.Tradicionalne lopte su 2,5 puta čvršće od modernih lopti, ovisno o brzini.Brža stopa povećanja krutosti konvencionalnih loptica rezultira nelinearnijim COR u odnosu na brzinu u poređenju sa modernim loptama.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 sfera.Kroz opsežne eksperimente izrade prototipa, istražen je utjecaj uvjeta proizvodnje na performanse lopte.Proizvodni parametri temperature, pritiska i sastava materijala varirali su da bi se proizveo niz kuglica.Tvrdoća polimera utječe na krutost, ali ne i na disipaciju energije, povećanje krutosti povećava krutost lopte.Nukleirajući aditivi utiču na reaktivnost kuglice, povećanje količine aditiva dovodi do smanjenja reaktivnosti kuglice, ali ovaj efekat je osetljiv na kvalitet polimera.Numerička analiza je izvršena pomoću tri matematička modela za simulaciju odgovora lopte na udar.Prvi model se pokazao kao sposoban da reproducira ponašanje lopte samo u ograničenoj mjeri, iako se ranije uspješno koristio na drugim vrstama lopti.Drugi model je pokazao razumnu reprezentaciju odziva na udar loptice koja je općenito bila primjenjiva na sve testirane tipove loptice, ali tačnost predviđanja odziva sile i pomaka nije bila tolika koliko bi bila potrebna za implementaciju velikih razmjera.Treći model je pokazao znatno bolju preciznost pri simulaciji odziva lopte.Vrijednosti sile generirane modelom za ovaj model su 95% u skladu s eksperimentalnim podacima.
Ovim radom su postignuta dva glavna cilja.Jedan je dizajn i proizvodnja visokotemperaturnog kapilarnog viskozimetra, a drugi je simulacija toka polučvrstog metala za pomoć u dizajnu i pružanje podataka u svrhu poređenja.Visokotemperaturni kapilarni viskozimetar je napravljen i korišten za početno ispitivanje.Uređaj će se koristiti za mjerenje viskoziteta polutvrdih metala u uvjetima visokih temperatura i brzina smicanja sličnih onima koji se koriste u industriji.Kapilarni viskozimetar je sistem sa jednom tačkom koji može izračunati viskozitet mjerenjem protoka i pada tlaka u kapilari, budući da je viskoznost direktno proporcionalna padu tlaka i obrnuto proporcionalna protoku.Kriterijumi projektovanja uključuju zahteve za dobro kontrolisane temperature do 800ºC, brzine smicanja injektiranja iznad 10.000 s-1 i kontrolisane profile injektiranja.Dvodimenzionalni dvofazni teorijski vremenski ovisan model razvijen je korištenjem softvera FLUENT za računsku dinamiku fluida (CFD).Ovo je korišteno za procjenu viskoziteta polučvrstih metala dok prolaze kroz dizajnirani kapilarni viskozimetar pri brzinama ubrizgavanja od 0,075, 0,5 i 1 m/s.Također je istražen utjecaj frakcije metalnih čvrstih tvari (fs) od 0,25 do 0,50.Za jednadžbu po stepenu viskoznosti korišćenu za razvoj Fluent modela, primećena je jaka korelacija između ovih parametara i rezultujuće viskoznosti.
Ovaj rad istražuje utjecaj parametara procesa na proizvodnju Al-SiC metalnih matričnih kompozita (MMC) u procesu šaržnog kompostiranja.Proučeni parametri procesa uključivali su brzinu miješalice, vrijeme miješanja, geometriju miješalice, položaj miješalice, temperaturu metalne tekućine (viskozitet).Izvedene su vizualne simulacije na sobnoj temperaturi (25±C), kompjuterske simulacije i verifikacioni testovi za proizvodnju MMC Al-SiC.U vizuelnim i kompjuterskim simulacijama, voda i glicerin/voda korišćeni su za predstavljanje tečnog i polučvrstog aluminijuma, respektivno.Ispitivani su efekti viskoziteta od 1, 300, 500, 800 i 1000 mPas i brzina miješanja od 50, 100, 150, 200, 250 i 300 o/min.10 rolni po komadu.% ojačane SiC čestice, slične onima korištenim u aluminijskom MMK, korištene su u vizualizacijskim i računskim testovima.Testovi snimanja su obavljeni u prozirnim staklenim čašama.Računske simulacije su izvedene korištenjem Fluenta (CFD program) i opcionog MixSim paketa.Ovo uključuje 2D osnosimetričnu višefaznu vremenski zavisnu simulaciju proizvodnih ruta koristeći Eulerian (granularni) model.Utvrđena je ovisnost vremena disperzije čestica, vremena taloženja i visine vrtloga od geometrije miješanja i brzine rotacije miješalice.Za mješalicu sa lopaticama od °at, ugao lopatice od 60 stepeni je pogodniji za brzo postizanje jednolike disperzije čestica.Kao rezultat ovih ispitivanja, utvrđeno je da je u cilju postizanja ujednačene raspodjele SiC brzina miješanja bila 150 o/min za sistem voda-SiC i 300 o/min za sistem glicerol/voda-SiC.Utvrđeno je da povećanje viskoziteta sa 1 mPa·s (za tečni metal) na 300 mPa·s (za polučvrsti metal) ima ogroman uticaj na disperziju i vreme taloženja SiC.Međutim, dalje povećanje sa 300 mPa·s na 1000 mPa·s ima mali uticaj na ovo vreme.Značajan dio ovog posla uključivao je projektovanje, konstrukciju i validaciju namenske mašine za brzo otvrdnjavanje za ovu metodu obrade na visokim temperaturama.Mašina se sastoji od mešalice sa četiri ravne lopatice pod uglom od 60 stepeni i lončića u komori peći sa otpornim grejanjem.Instalacija uključuje aktuator koji brzo gasi obrađenu smjesu.Ova oprema se koristi za proizvodnju Al-SiC kompozitnih materijala.Općenito, pronađeno je dobro slaganje između rezultata vizualizacije, proračuna i eksperimentalnih testova.
Postoji mnogo različitih tehnika brze izrade prototipa (RP) koje su razvijene za široku upotrebu uglavnom u poslednjoj deceniji.Sistemi za brzu izradu prototipa koji su danas komercijalno dostupni koriste različite tehnologije koristeći papir, vosak, smole koje polimeriziraju svjetlom, polimere i nove metalne prahove.Projekat je uključivao brzu metodu izrade prototipa Fused Deposition Modeling, koja je prvi put komercijalizovana 1991. godine. U ovom radu razvijena je i korištena nova verzija sistema za modeliranje natapanjem pomoću voska.Ovaj projekat opisuje osnovni dizajn sistema i metod nanošenja voska.FDM mašine stvaraju dijelove ekstrudiranjem poluotopljenog materijala na platformu po unaprijed određenom uzorku kroz zagrijane mlaznice.Mlaznica za ekstruziju je postavljena na XY sto kontrolisan kompjuterskim sistemom.U kombinaciji sa automatskom kontrolom klipnog mehanizma i položaja taložnika, proizvode se precizni modeli.Pojedinačni slojevi voska su naslagani jedan na drugi kako bi se stvorili 2D i 3D objekti.Svojstva voska su također analizirana kako bi se optimizirao proces proizvodnje modela.To uključuje temperaturu faznog prijelaza voska, viskozitet voska i oblik kapi voska tokom obrade.
Tokom proteklih pet godina, istraživački timovi u Naučnom klasteru Divizije gradskog univerziteta u Dablinu razvili su dva procesa laserske mikromašinske obrade koja mogu stvoriti kanale i voksele sa ponovljivom rezolucijom u mikronskoj skali.Fokus ovog rada je na upotrebi prilagođenih materijala za izolaciju ciljnih biomolekula.Preliminarni rad pokazuje da se mogu kreirati nove morfologije kapilarnog miješanja i površinskih kanala kako bi se poboljšale sposobnosti razdvajanja.Ovaj rad će se fokusirati na primenu dostupnih alata za mikro mašinsku obradu za projektovanje površinskih geometrija i kanala koji će obezbediti poboljšano odvajanje i karakterizaciju bioloških sistema.Primjena ovih sistema slijedit će pristup laboratoriji na čipu u svrhe biodijagnostike.Uređaji napravljeni ovom razvijenom tehnologijom koristit će se u mikrofluidnoj laboratoriji projekta na čipu.Cilj projekta je korištenje tehnika eksperimentalnog dizajna, optimizacije i simulacije kako bi se obezbijedila direktna veza između parametara laserske obrade i karakteristika mikro- i nanoskala kanala, te da se te informacije koriste za poboljšanje kanala za razdvajanje u ovim mikrotehnologijama.Specifični rezultati rada uključuju: dizajn kanala i morfologiju površine radi poboljšanja nauke o separaciji;monolitne faze pumpanja i ekstrakcije u integrisanim čipovima;odvajanje odabranih i ekstrahovanih ciljnih biomolekula na integrisanim čipovima.
Generiranje i kontrola vremenskih temperaturnih gradijenata i uzdužnih profila duž kapilarnih LC kolona pomoću Peltierovih nizova i infracrvene termografije
Nova platforma direktnog kontakta za preciznu kontrolu temperature kapilarnih stubova razvijena je na osnovu upotrebe serijski raspoređenih individualno kontrolisanih termoelektričnih Peltier ćelija.Platforma omogućava brzu kontrolu temperature za kapilarne i mikro LC kolone i omogućava istovremeno programiranje vremenskih i prostornih temperatura.Platforma radi u temperaturnom rasponu od 15 do 200°C sa brzinom od približno 400°C/min za svaku od 10 poravnatih Peltierovih ćelija.Sistem je procijenjen za nekoliko nestandardnih načina mjerenja baziranih na kapilarama, kao što je direktna primjena temperaturnih gradijenata sa linearnim i nelinearnim profilima, uključujući statičke temperaturne gradijente kolone i vremenske temperaturne gradijente, precizni temperaturno kontrolirani gradijenti, polimerizirani kapilarni monolitni stacionarne faze i izrada monolitnih faza u mikrofluidnim kanalima (na čipu).Instrument se može koristiti sa standardnim i kolonskim hromatografskim sistemima.
Elektrohidrodinamičko fokusiranje u dvodimenzionalnom planarnom mikrofluidnom uređaju za predkoncentraciju malih analita
Ovaj rad uključuje elektrohidrodinamičko fokusiranje (EHDF) i prijenos fotona kao pomoć u razvoju pre-obogaćivanja i identifikaciji vrsta.EHDF je ionsko uravnotežena metoda fokusiranja zasnovana na uspostavljanju ravnoteže između hidrodinamičkih i električnih sila, u kojoj ioni od interesa postaju stacionarni.Ova studija predstavlja novu metodu koja koristi 2D otvoreni 2D ravni prostor planarni mikrofluidni uređaj umjesto konvencionalnog mikrokanalnog sistema.Takvi uređaji mogu unaprijed koncentrirati velike količine tvari i relativno su laki za proizvodnju.Ova studija predstavlja rezultate novorazvijene simulacije koristeći COMSOL Multiphysics® 3.5a.Rezultati ovih modela upoređeni su s eksperimentalnim rezultatima kako bi se testirale identificirane geometrije protoka i područja visoke koncentracije.Razvijeni numerički mikrofluidni model upoređen je s prethodno objavljenim eksperimentima i rezultati su bili vrlo konzistentni.Na osnovu ovih simulacija istražena je nova vrsta broda kako bi se osigurali optimalni uvjeti za EHDF.Eksperimentalni rezultati sa čipom nadmašili su performanse modela.U proizvedenim mikrofluidnim čipovima uočen je novi način rada, nazvan bočni EGDP, kada je supstanca koja se proučava bila fokusirana okomito na primijenjeni napon.Zato što su detekcija i snimanje ključni aspekti takvih sistema za prethodno obogaćivanje i identifikaciju vrsta.Prikazani su numerički modeli i eksperimentalna verifikacija širenja svjetlosti i distribucije intenziteta svjetlosti u dvodimenzionalnim mikrofluidnim sistemima.Razvijeni numerički model širenja svjetlosti uspješno je eksperimentalno verifikovan kako u pogledu stvarne putanje svjetlosti kroz sistem tako iu smislu distribucije intenziteta, što je dalo rezultate koji mogu biti od interesa za optimizaciju fotopolimerizacijskih sistema, kao i za optičke sisteme detekcije. pomoću kapilara..
U zavisnosti od geometrije, mikrostrukture se mogu koristiti u telekomunikacijama, mikrofluidici, mikrosenzorima, skladištenju podataka, rezanju stakla i dekorativnom obeležavanju.U ovom radu istražen je odnos između podešavanja parametara Nd:YVO4 i CO2 laserskog sistema i veličine i morfologije mikrostruktura.Proučavani parametri laserskog sistema uključuju snagu P, brzinu ponavljanja impulsa PRF, broj impulsa N i brzinu skeniranja U. Izmjerene izlazne dimenzije uključuju ekvivalentne prečnike voksela kao i širinu mikrokanala, dubinu i hrapavost površine.3D mikromašinski sistem je razvijen korišćenjem Nd:YVO4 lasera (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) za izradu mikrostruktura unutar polikarbonatnih uzoraka.Mikrostrukturni vokseli imaju prečnik od 48 do 181 µm.Sistem takođe obezbeđuje precizno fokusiranje korišćenjem mikroskopskih objektiva za stvaranje manjih voksela u opsegu od 5 do 10 µm u uzorcima natrijum-krečnog stakla, topljenog silicijum dioksida i safira.CO2 laser (1,5 kW, 10,6 µm, minimalno trajanje impulsa 26 µs) korišten je za kreiranje mikrokanala u uzorcima natrijum-kalc stakla.Oblik poprečnog presjeka mikrokanala je uvelike varirao između v-žljebova, u-žljebova i površinskih ablacijskih mjesta.Veličine mikrokanala također se jako razlikuju: od 81 do 365 µm širine, od 3 do 379 µm u dubinu i hrapavost površine od 2 do 13 µm, ovisno o instalaciji.Veličine mikrokanala ispitane su prema parametrima laserske obrade korištenjem metodologije površine odziva (RSM) i dizajna eksperimenata (DOE).Prikupljeni rezultati korišteni su za proučavanje utjecaja parametara procesa na volumetrijsku i masovnu brzinu ablacije.Osim toga, razvijen je matematički model termičkog procesa koji pomaže u razumijevanju procesa i omogućava da se topologija kanala predvidi prije stvarne proizvodnje.
Industrija mjeriteljstva uvijek traži nove načine za precizno i brzo istraživanje i digitalizaciju površinske topografije, uključujući izračunavanje parametara hrapavosti površine i stvaranje oblaka tačaka (skupovi trodimenzionalnih tačaka koji opisuju jednu ili više površina) za modeliranje ili obrnuti inženjering.sistemi postoje, a optički sistemi su postali popularni tokom protekle decenije, ali većina optičkih profilera je skupa za kupovinu i održavanje.Ovisno o vrsti sistema, optičke profilatore može biti teško dizajnirati i njihova krhkost možda neće biti prikladna za većinu radnji ili fabričkih aplikacija.Ovaj projekat pokriva razvoj profilera koji koristi principe optičke triangulacije.Razvijeni sistem ima površinu stola za skeniranje od 200 x 120 mm i vertikalni opseg mjerenja od 5 mm.Položaj laserskog senzora iznad ciljne površine je također podesiv za 15 mm.Razvijen je kontrolni program za automatsko skeniranje dijelova i površina koje je izabrao korisnik.Ovaj novi sistem karakteriše tačnost dimenzija.Izmjerena maksimalna kosinusna greška sistema je 0,07°.Dinamička tačnost sistema se meri na 2 µm na Z-osi (visina) i oko 10 µm na X i Y osi.Omjer veličina između skeniranih dijelova (kovanice, šrafovi, podloške i matrice za sočiva od vlakana) bio je dobar.Također će se raspravljati o testiranju sistema, uključujući ograničenja profilera i moguća poboljšanja sistema.
Cilj ovog projekta je razvoj i karakterizacija novog optičkog brzog onlajn sistema za inspekciju površinskih nedostataka.Upravljački sistem je zasnovan na principu optičke triangulacije i obezbeđuje beskontaktni metod za određivanje trodimenzionalnog profila difuznih površina.Glavne komponente razvojnog sistema uključuju diodni laser, CCf15 CMOS kameru i dva PC-kontrolisana 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 prikazivanje 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 online površinski profiler može izvršiti brzo skeniranje i inspekciju površine visoke rezolucije.Razvijeni sistem se uspješno koristi za kreiranje automatskih 2D površinskih profila, 3D površinskih profila i mjerenja hrapavosti površine na površini različitih uzoraka materijala.Automatska oprema za inspekciju ima XY područje skeniranja od 12 x 12 mm.Da bi se okarakterizirao i kalibrirao razvijeni sistem profiliranja, površinski profil izmjeren ovim sistemom je upoređen sa istom površinom izmjerenom pomoću optičkog mikroskopa, binokularnog mikroskopa, AFM-a i Mitutoyo Surftest-402.
Zahtjevi za kvalitetom proizvoda i materijala koji se u njima koriste postaju sve zahtjevniji.Rješenje za mnoge probleme vizualnog osiguranja kvaliteta (QA) je upotreba automatiziranih sistema za površinsku inspekciju u realnom vremenu.To zahtijeva ujednačen kvalitet proizvoda uz visoku propusnost.Stoga su potrebni sistemi koji su 100% sposobni za testiranje materijala i površina u realnom vremenu.Za postizanje ovog cilja, kombinacija laserske tehnologije i kompjuterske tehnologije upravljanja predstavlja efikasno rješenje.U ovom radu razvijen je brz, jeftin i precizan beskontaktni laserski sistem za skeniranje.Sistem je u stanju da meri debljinu čvrstih neprozirnih objekata koristeći princip laserske optičke triangulacije.Razvijeni sistem osigurava tačnost i ponovljivost mjerenja na mikrometarskom nivou.
Cilj ovog projekta je dizajniranje i razvoj laserskog inspekcijskog sistema za detekciju površinskih defekata i procjena njegovog potencijala za velike brzine inline primjene.Glavne komponente sistema za detekciju su laserski diodni modul kao izvor osvjetljenja, CMOS kamera sa slučajnim pristupom kao jedinica za detekciju i XYZ translacijska faza.Razvijeni su algoritmi za analizu podataka dobijenih skeniranjem različitih površina uzorka.Sistem upravljanja je zasnovan na principu optičke triangulacije.Laserski snop pada koso na površinu uzorka.Razlika u visini površine se tada uzima kao horizontalno kretanje laserske tačke preko površine uzorka.Ovo omogućava mjerenje visine pomoću metode triangulacije.Razvijeni sistem detekcije se prvo kalibriše kako bi se dobio faktor konverzije koji će odražavati odnos između pomaka tačke mjerene senzorom i vertikalnog pomaka površine.Eksperimenti su izvedeni na različitim površinama materijala uzorka: mesing, aluminij i nehrđajući čelik.Razvijeni sistem je u stanju da precizno generiše 3D topografsku kartu kvarova koji se javljaju tokom rada.Postignuta je prostorna rezolucija od oko 70 µm i dubinska rezolucija od 60 µm.Performanse sistema se takođe verificiraju mjerenjem tačnosti izmjerenih udaljenosti.
Sistemi za lasersko skeniranje brzih vlakana koriste se u automatiziranim industrijskim proizvodnim okruženjima za otkrivanje površinskih nedostataka.Modernije metode za otkrivanje površinskih nedostataka uključuju korištenje optičkih vlakana za osvjetljenje i detekciju komponenti.Ova disertacija uključuje dizajn i razvoj novog optoelektronskog sistema velike brzine.U ovom radu se istražuju dva izvora LED dioda, LED (diode koje emituju svjetlost) i laserske diode.Red od pet emitujućih dioda i pet prijemnih fotodioda nalazi se jedna nasuprot drugoj.Prikupljanje podataka kontroliše i analizira PC pomoću softvera LabVIEW.Sistem 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 sistem prvenstveno namijenjen za 2D skeniranje, može raditi i kao ograničeni 3D sistem za snimanje.Sistem je takođe pokazao da su svi proučavani metalni materijali sposobni da reflektuju infracrvene signale.Novorazvijena metoda koja koristi niz nagnutih vlakana omogućava sistemu da postigne podesivu rezoluciju uz maksimalnu rezoluciju sistema od približno 100 µm (prečnik sakupljanje vlakana).Sistem se uspješno koristi za mjerenje profila površine, hrapavosti površine, debljine i refleksivnosti različitih materijala.Ovim sistemom se mogu testirati aluminijum, nerđajući čelik, mesing, bakar, tufnol i polikarbonat.Prednosti ovog novog sistema su brža detekcija, niža cijena, manja veličina, veća rezolucija i fleksibilnost.
Dizajnirajte, izgradite i testirajte nove sisteme za integraciju i implementaciju novih ekoloških senzorskih tehnologija.Posebno pogodan za aplikacije za praćenje fekalnih bakterija
Modifikacija mikro-nano strukture silicijumskih solarnih PV panela radi poboljšanja opskrbe energijom
Jedan od najvećih inženjerskih izazova sa kojima se globalno društvo danas suočava je održivo snabdevanje energijom.Vrijeme je da se društvo počne u velikoj mjeri oslanjati na obnovljive izvore energije.Sunce daje zemlji besplatnu energiju, ali moderne metode korištenja te energije u obliku električne energije imaju neka ograničenja.U slučaju fotonaponskih ćelija, glavni problem je nedovoljna efikasnost prikupljanja sunčeve energije.Laserska mikromašinska obrada se obično koristi za stvaranje interkonekcija između fotonaponskih aktivnih slojeva kao što su staklene podloge, hidrogenirani silicijum i slojevi cink oksida.Također je poznato da se više energije može dobiti povećanjem površine solarne ćelije, na primjer mikroobradom.Pokazalo se da detalji površinskog profila na nanosmjerima utiču na efikasnost apsorpcije energije solarnih ćelija.Svrha ovog rada je istražiti prednosti prilagođavanja mikro-, nano- i mezorazmjernih struktura solarnih ćelija kako bi se osigurala veća snaga.Variranjem tehnoloških parametara takvih mikrostruktura i nanostruktura omogućit će se proučavanje njihovog utjecaja na topologiju površine.Ćelije će biti testirane na energiju koju proizvode kada su izložene eksperimentalno kontroliranim razinama elektromagnetne svjetlosti.Uspostaviće se direktna veza između efikasnosti ćelija i teksture površine.
Metalni matrični kompoziti (MMC) brzo postaju glavni kandidati za ulogu strukturnih materijala u inženjerstvu i elektronici.Aluminijum (Al) i bakar (Cu) ojačani SiC-om zbog svojih odličnih termičkih svojstava (npr. nizak koeficijent termičkog širenja (CTE), visoka toplotna provodljivost) i poboljšanih mehaničkih svojstava (npr. veća specifična čvrstoća, bolje performanse).Široko se koristi u raznim industrijama za otpornost na habanje i specifični modul.Nedavno su ovi visokokeramički MMC-ovi postali još jedan trend za primjenu kontrole temperature u elektronskim paketima.Tipično, u paketima energetskih uređaja, aluminijum (Al) ili bakar (Cu) se koristi kao hladnjak ili osnovna ploča za spajanje na keramičku podlogu koja nosi čip i povezane strukture igle.Velika razlika u koeficijentu toplinske ekspanzije (CTE) između keramike i aluminija ili bakra je štetna jer umanjuje pouzdanost pakovanja 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 termički poboljšane materijale.Sa poboljšanim svojstvima toplotne provodljivosti i koeficijenta termičkog širenja (CTE), MMC CuSiC i AlSiC su sada održiva rešenja za pakovanje elektronike.Ovaj rad će procijeniti jedinstvena termofizička svojstva ovih MMC-a i njihove moguće primjene za termalno upravljanje elektronskim paketima.
Naftne kompanije doživljavaju značajnu koroziju u zoni zavarivanja sistema naftne i gasne industrije od ugljeničnih i niskolegiranih čelika.U sredinama koje sadrže CO2, oštećenja od korozije se obično pripisuju razlikama u čvrstoći zaštitnih korozijskih filmova nanesenih na različite mikrostrukture od ugljičnog čelika.Lokalna korozija u metalu šava (WM) i zoni utjecaja topline (HAZ) uglavnom je uzrokovana galvanskim efektima zbog razlika u sastavu i mikrostrukturi legure.Mikrostrukturne karakteristike osnovnog metala (PM), WM i HAZ su istraživane kako bi se razumio utjecaj mikrostrukture na korozijsko ponašanje zavarenih spojeva od mekog čelika.Ispitivanja korozije su provedena u 3,5% otopini NaCl zasićenoj CO2 u uslovima deoksigenacije na sobnoj temperaturi (20±2°C) i pH 4,0±0,3.Karakterizacija korozivnog ponašanja provedena je primjenom elektrohemijskih metoda za određivanje potencijala otvorenog kola, potenciodinamičkog skeniranja i linearne polarizacijske otpornosti, kao i opće metalografske karakterizacije pomoću optičke mikroskopije.Glavne otkrivene morfološke faze su acikularni ferit, zadržani austenit i martenzitno-bainitna struktura u WM.Manje su uobičajene u HAZ.Značajno različito elektrohemijsko ponašanje i stope korozije pronađene su u PM, VM i HAZ.
Radovi obuhvaćeni ovim projektom imaju za cilj poboljšanje električne efikasnosti potopljenih pumpi.Zahtjevi industrije pumpi da se krene u ovom smjeru nedavno su porasli uvođenjem novog zakonodavstva EU koji zahtijeva od industrije u cjelini da postigne nove i više razine efikasnosti.Ovaj rad analizira upotrebu rashladnog plašta za hlađenje područja solenoida pumpe i predlaže poboljšanja dizajna.Posebno je okarakterisan protok fluida i prenos toplote u rashladnim košuljima pumpi koje rade.Poboljšanja u dizajnu omotača omogućit će bolji prijenos topline do područja motora pumpe, što rezultira poboljšanom efikasnošću pumpe uz smanjenje induciranog otpora.Za ovaj rad, postojeći ispitni rezervoar od 250 m3 dodat je sistem za ispitivanje pumpe montiran na suvu jamu.Ovo omogućava kameru velike brzine za praćenje polja protoka i termalnu sliku kućišta pumpe.Polje protoka potvrđeno CFD analizom omogućava eksperimentisanje, testiranje i poređenje alternativnih dizajna kako bi se radne temperature održale što je moguće niže.Originalni dizajn M60-4 polne pumpe izdržao je maksimalnu temperaturu vanjskog kućišta pumpe od 45°C i maksimalnu temperaturu statora od 90°C.Analiza različitih dizajna modela pokazuje koji su dizajni korisniji za efikasnije sisteme, a koji se ne bi trebali koristiti.Konkretno, dizajn integrisanog rashladnog namotaja nema poboljšanja u odnosu na originalni dizajn.Povećanje broja lopatica radnog kola sa četiri na osam smanjilo je radnu temperaturu merenu na kućištu za sedam stepeni Celzijusa.
Kombinacija velike gustine snage i smanjenog vremena ekspozicije u obradi metala rezultira promjenom mikrostrukture površine.Postizanje optimalne kombinacije parametara laserskog procesa i brzine hlađenja je kritično za promjenu strukture zrna i poboljšanje triboloških svojstava na površini materijala.Glavni cilj ove studije bio je istražiti učinak brze pulsne laserske obrade na tribološka svojstva komercijalno dostupnih metalnih biomaterijala.Ovaj rad je posvećen laserskoj modifikaciji površine nerđajućeg 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 mikrostrukture i morfologije površine.Koristeći cilindrični uzorak koji je rotiran okomito na smjer laserskog zračenja, varirali su intenzitet laserskog zračenja, vrijeme ekspozicije, gustina fluksa energije i širina impulsa.Karakterizacija je izvršena korištenjem SEM, EDX, mjerenja hrapavosti igle i XRD analize.Također je implementiran model predviđanja temperature površine za postavljanje početnih parametara eksperimentalnog procesa.Zatim je izvršeno 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 ekspozicije i vremenom ekspozicije.Analizom hrapavosti i dubine tretirane površine koriste se modeli fluencea energije i temperature površine za predviđanje stepena topljenja koji će se dogoditi na površini.Kako se vrijeme interakcije laserskog snopa povećava, hrapavost površine čelika raste za različite proučavane razine energije impulsa.Dok je uočeno da površinska struktura zadržava normalno poravnanje kristala, uočene su promjene u orijentaciji zrna u područjima tretiranim laserom.
Analiza i karakterizacija stresnog ponašanja tkiva i njegove implikacije na dizajn skele
U ovom projektu razvijeno je nekoliko različitih geometrija skele i izvršena 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.Kompjuterizovana tomografija (CT) skeniranja uzoraka trabekularnih kostiju prikupljena je kao dodatak strukturama skele dizajniranim sa CAD.Ovi dizajni vam omogućavaju da kreirate i testirate prototipove, kao i da izvršite FEM ovih dizajna.Mehanička mjerenja mikrodeformacija izvršena su na izrađenim skelama i trabekularnim uzorcima kosti glave femura i ovi rezultati su upoređeni sa onima koje je FEA dobila za iste strukture.Smatra se da mehanička svojstva zavise od projektovanog oblika (strukture), veličine pora (120, 340 i 600 µm) i uslova opterećenja (sa ili bez blokova opterećenja).Promjene ovih parametara istraživane 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 konstrukcije igra važnu ulogu u raspodjeli naprezanja, te ističu veliki potencijal konstrukcije okvira za poboljšanje regeneracije kosti.Općenito, veličina pora je važnija od nivoa poroznosti u određivanju ukupnog maksimalnog nivoa naprezanja.Međutim, nivo poroznosti je također važan u određivanju osteokonduktivnosti struktura skela.Kako se nivo poroznosti povećava sa 30% na 70%, maksimalna vrijednost naprezanja značajno raste za istu veličinu pora.
Veličina pora skele je također važna za metodu izrade.Sve moderne metode brzog prototipa imaju određena ograničenja.Dok je konvencionalna izrada svestranija, složenije i manje dizajne je često nemoguće proizvesti.Većina ovih tehnologija trenutno nominalno nije u stanju da proizvede 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 se posmatra samo u jednom pravcu, bila bi najanizotropnija struktura u poređenju sa strukturama zasnovanim na kocki i trokutu.Kubične i trokutaste strukture su relativno izotropne u poređenju sa heksagonalnim strukturama.Anizotropija je važna kada se uzme u obzir osteokonduktivnost projektovane skele.Raspodjela naprezanja i lokacija otvora utječu na proces remodeliranja, a različiti uvjeti opterećenja mogu promijeniti maksimalnu vrijednost naprezanja i njegovu lokaciju.Preovlađujući smjer opterećenja trebao bi promovirati veličinu i distribuciju pora kako bi se omogućilo stanicama da prerastu u veće pore i osigurale hranjive tvari i građevinski materijal.Još jedan zanimljiv zaključak ovog rada, ispitivanjem raspodjele naprezanja u poprečnom presjeku stubova, jeste da se veće vrijednosti naprezanja bilježe na površini stubova u odnosu na centar.U ovom radu je pokazano da su veličina pora, razina poroznosti i način opterećenja usko povezani s razinama naprezanja u konstrukciji.Ovi nalazi pokazuju mogućnost stvaranja struktura podupirača u kojima nivoi naprezanja na površini podupirača mogu varirati u većoj mjeri, što može potaknuti vezivanje i rast ćelija.
Skele za zamjenu za sintetičku kosti nude mogućnost individualnog prilagođavanja svojstava, prevazilaženja ograničene dostupnosti donora i poboljšanja oseointegracije.Koštani inženjering ima za cilj rješavanje ovih problema pružanjem visokokvalitetnih transplantata koji se mogu isporučiti u velikim količinama.U ovim primjenama, i unutrašnja i vanjska geometrija skele su od velike važnosti, jer imaju značajan utjecaj na mehanička svojstva, propusnost i proliferaciju stanica.Tehnologija brze izrade prototipa omogućava upotrebu nestandardnih materijala sa zadatom i optimizovanom geometrijom, proizvedenih sa visokom preciznošću.Ovaj rad istražuje sposobnost tehnika 3D štampanja za izradu složenih geometrija skeletnih skela koristeći biokompatibilne kalcijum fosfatne materijale.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 takođe demonstrira izvodljivost 3D štampanja za izradu skela za tkivno inženjerstvo geometrije od biokompatibilnog kalcijum fosfatnog cementa.Okviri su izrađeni štampanjem vodenog rastvora dinatrijum hidrogen fosfata na sloju praha koji se sastoji od homogene mešavine kalcijum hidrogen fosfata i kalcijum hidroksida.Reakcija vlažnog hemijskog taloženja odvija se u sloju praha 3D štampača.Čvrsti uzorci izrađeni su 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 sinterovanja, kalcijum fosfatni cement se razlaže na β-trikalcij fosfat (β-TCP) i hidroksiapatit (HA), što potvrđuju i podaci termogravimetrijske i diferencijalne termičke analize (TGA/DTA) i rendgenske difrakcijske analize ( XRD).svojstva su nedovoljna za visoko opterećene implantate, gdje je potrebna čvrstoća od 1,5 do 150 MPa, a tlačna krutost prelazi 10 MPa.Međutim, dalja naknadna obrada, kao što je infiltracija biorazgradivim polimerima, može učiniti ove strukture prikladnima za primjenu stentova.
Cilj: Istraživanja u mehanici tla su pokazala da vibracije primijenjene na agregate rezultiraju efikasnijim poravnanjem čestica i smanjenjem energije potrebne za djelovanje na agregat.Naš cilj je bio da razvijemo metodu za uticaj vibracije na proces impaktacije kosti i procenimo njen uticaj na mehanička svojstva impaktiranih graftova.
Faza 1: mljevenje 80 grla goveđe butne kosti pomoću mlinca za kosti Noviomagus.Graftovi su zatim isprani pomoću pulsnog sistema za ispiranje fiziološkim rastvorom na posudi za sito.Razvijen je vibroudarni uređaj opremljen sa dva 15 V DC motora sa ekscentričnim utezima fiksiranim unutar metalnog cilindra.Bacite na njega uteg sa određene visine 72 puta kako biste reproducirali proces udaranja u kost.Testiran je opseg frekvencije vibracija mjeren akcelerometrom ugrađenim u vibracionoj komori.Svaki test smicanja je zatim ponovljen pri četiri različita normalna opterećenja kako bi se dobio niz krivulja napon-deformacija.Za svaki test su konstruirane Mohr-Coulombove omotače loma, iz kojih su izvedene smične čvrstoće i vrijednosti blokiranja.
Faza 2: Ponovite eksperiment dodavanjem krvi kako biste ponovili bogato okruženje na koje se susrećemo u hirurškim uvjetima.
Faza 1: Graftovi s povećanom vibracijom na svim frekvencijama vibracija pokazali su veću posmičnu čvrstoću u odnosu na udar bez vibracija.Vibracije na 60 Hz imale su najveći uticaj i bile su značajne.
Faza 2: cijepljenje s dodatnim vibracijskim udarom u zasićene agregate pokazalo je manju posmičnu čvrstoću za sva normalna tlačna opterećenja od udara bez vibracija.
Zaključak: Na ugradnju implantirane kosti primjenjivi su principi građevinarstva.Kod suhih agregata, dodavanje vibracija može poboljšati mehanička svojstva udarnih čestica.U našem sistemu optimalna frekvencija vibracija je 60 Hz.Kod zasićenih agregata povećanje vibracija negativno utječe na posmičnu čvrstoću agregata.To se može objasniti procesom ukapljivanja.
Cilj ovog rada bio je dizajnirati, izgraditi i testirati sistem koji može uznemiravati subjekte koji na njemu stoje kako bi se procijenila njihova sposobnost da odgovore na ove promjene.To se može učiniti brzim naginjanjem površine na kojoj osoba stoji, a zatim je vraćanjem u horizontalni položaj.Iz ovoga je moguće utvrditi da li su ispitanici bili u stanju da održe stanje ravnoteže i koliko im je vremena trebalo da povrate to stanje ravnoteže.Ovo stanje ravnoteže će se odrediti mjerenjem posturalnog utjecaja subjekta.Njihovo prirodno ljuljanje je izmjereno pomoću panela profila pritiska stopala kako bi se utvrdilo koliki je bio njihanje tokom testa.Sistem je takođe dizajniran da bude svestraniji i pristupačniji nego što je trenutno komercijalno dostupan, jer, iako su ove mašine važne za istraživanje, trenutno nisu u širokoj upotrebi zbog svoje visoke cene.Novorazvijeni sistem predstavljen u ovom članku korišten je za pomicanje testnih objekata težine do 100 kg.
U ovom radu osmišljeno je šest laboratorijskih eksperimenata iz inženjerskih i fizičkih nauka kako bi se poboljšao proces učenja učenika.To se postiže instaliranjem i kreiranjem virtuelnih instrumenata za ove eksperimente.Upotreba virtuelnih instrumenata se direktno poredi sa tradicionalnim laboratorijskim metodama nastave i razmatra se osnova za razvoj oba pristupa.Prethodni rad koji je koristio učenje potpomognuto računarom (CBL) u sličnim projektima koji se odnose na ovaj rad korišćen je za procenu nekih prednosti virtuelnih instrumenata, posebno onih koji se odnose na povećano interesovanje učenika, zadržavanje pamćenja, razumevanje i konačno laboratorijsko izveštavanje..povezane beneficije.Virtuelni eksperiment o kojem se govori u ovoj studiji je revidirana verzija eksperimenta tradicionalnog stila i na taj način pruža direktnu usporedbu nove CBL tehnike s laboratorijom tradicionalnog stila.Ne postoji konceptualna razlika između dvije verzije eksperimenta, razlika je samo u načinu na koji je predstavljen.Efikasnost ovih CBL metoda procenjena je posmatranjem performansi učenika koji koriste virtuelni instrument u poređenju sa drugim učenicima u istom razredu koji su izvodili tradicionalni eksperimentalni način.Svi studenti se ocjenjuju podnošenjem izvještaja, pitanja sa višestrukim izborom vezanih za njihove eksperimente i upitnika.Rezultati ove studije su takođe upoređeni sa drugim srodnim studijama iz oblasti CBL.
Vrijeme objave: Feb-19-2023