Целта на оваа работа е да се развие автоматизиран процес на ласерска обработка со висока димензионална точност и однапред одредени трошоци на процесот.Оваа работа вклучува анализа на моделите за предвидување на големината и трошоците за ласерско производство на внатрешни Nd:YVO4 микроканали во PMMA и внатрешна ласерска обработка на поликарбонат за производство на микрофлуидни уреди.За да се постигнат овие цели на проектот, ANN и DoE ја споредија големината и цената на CO2 и Nd:YVO4 ласерските системи.Имплементирана е целосна имплементација на контрола на повратни информации со субмикронска точност на линеарно позиционирање со повратна информација од енкодерот.Особено, автоматизацијата на ласерското зрачење и позиционирањето на примерокот е контролирана од FPGA.Продлабоченото познавање на оперативните процедури и софтверот на системот Nd:YVO4 овозможи контролната единица да се замени со Compact-Rio програмабилен контролер за автоматизација (PAC), што беше постигнато во чекорот за 3D позиционирање со повратни информации со висока резолуција на подмикронските енкодери за контрола на кодот LabVIEW .Целосна автоматизација на овој процес во кодот LabVIEW е во развој.Тековната и идната работа вклучува мерења на димензионална точност, прецизност и репродуктивност на системите за дизајнирање и поврзана оптимизација на геометријата на микроканали за производство на микрофлуидни и лабораториски уреди-на-чип за хемиски/аналитички апликации и наука за сепарација.
Многубројните примени на делови од лиен полутврд метал (SSM) бараат одлични механички својства.Извонредните механички својства како отпорност на абење, висока јачина и вкочанетост зависат од карактеристиките на микроструктурата создадени од ултра фината големина на зрната.Оваа големина на зрно обично зависи од оптималната обработливост на SSM.Сепак, одлеаноците SSM често содржат преостаната порозност, што е крајно штетно за перформансите.Во оваа работа ќе бидат истражени важните процеси на обликување на полутврди метали за да се добијат поквалитетни делови.Овие делови треба да имаат намалена порозност и подобрени микроструктурни карактеристики, вклучително и ултра ситна големина на зрно и униформа дистрибуција на талогот за стврднување и состав на микроелементи од легирање.Конкретно, ќе се анализира влијанието на методот на предтретман време-температура врз развојот на саканата микроструктура.Ќе се истражат својствата кои произлегуваат од подобрувањето на масата, како што се зголемувањето на јачината, цврстината и вкочанетоста.
Ова дело е студија за ласерска модификација на површината на челик за алат H13 користејќи импулсен ласерски режим на обработка.Извршениот првичен експериментален план за скрининг резултираше со пооптимизиран детален план.Се користи ласер за јаглерод диоксид (CO2) со бранова должина од 10,6 µm.Во експерименталниот план на студијата беа користени ласерски точки со три различни големини: 0,4, 0,2 и 0,09 mm во дијаметар.Други контролирани параметри се врвната моќност на ласерот, брзината на повторување на пулсот и преклопувањето на пулсот.Гасот аргон при притисок од 0,1 MPa постојано помага во ласерската обработка.Примерокот H13 беше груб и хемиски гравиран пред обработката за да се зголеми површинската апсорпција на брановата должина на ласерот CO2.Ласерски обработени примероци беа подготвени за металографски студии и беа карактеризирани нивните физички и механички својства.Беа извршени металографски студии и анализи на хемискиот состав со помош на скенирачка електронска микроскопија во комбинација со енергетска дисперзивна рендгенска спектрометрија.Откривањето на кристалиноста и фазата на модифицираната површина беше извршено со помош на XRD систем со зрачење Cu Kα и бранова должина од 1,54 Å.Површинскиот профил се мери со помош на систем за профилирање на игла.Карактеристиките на тврдоста на модифицираните површини беа измерени со микровдлабнување со дијамант Викерс.Влијанието на грубоста на површината врз својствата на замор на модифицираните површини беше проучено со помош на специјално произведен систем за термички замор.Забележано е дека е можно да се добијат модифицирани површински зрна со ултрафини големини помали од 500 nm.Подобрена длабочина на површината во опсег од 35 до 150 µm беше постигната на примероците H13 третирани со ласер.Кристалиноста на модифицираната површина H13 е значително намалена, што е поврзано со случајна дистрибуција на кристалити по ласерска обработка.Минималната корегирана просечна грубост на површината на H13 Ra е 1,9 µm.Друго важно откритие е дека цврстината на модифицираната површина H13 се движи од 728 до 905 HV0.1 при различни ласерски поставки.Воспоставена е врска помеѓу резултатите од топлинската симулација (стапки на греење и ладење) и резултатите од цврстината за дополнително да се разбере ефектот на ласерските параметри.Овие резултати се важни за развојот на методите на површинско стврднување за подобрување на отпорноста на абење и премазите за заштита од топлина.
Параметриски својства на удар на цврсти спортски топки со цел да се развијат типични јадра за GAA sliotar
Главната цел на оваа студија е да се карактеризира динамичкото однесување на јадрото на лизгачот при удар.Вискоеластичните карактеристики на топката беа изведени за опсег на брзини на удар.Современите полимерни сфери се чувствителни на стапката на напрегање, додека традиционалните повеќекомпонентни сфери зависат од напрегањето.Нелинеарниот вискоеластичен одговор е дефиниран со две вредности на вкочанетост: почетна вкочанетост и масовна крутост.Традиционалните топки се 2,5 пати поцврсти од модерните топки, во зависност од брзината.Побрзата стапка на зголемување на вкочанетоста на конвенционалните топки резултира со понелинеарна COR наспроти брзината во споредба со модерните топки.Резултатите од динамичката вкочанетост покажуваат ограничена применливост на квази-статички тестови и равенки на теоријата на пролетта.Анализата на однесувањето на сферичната деформација покажува дека поместувањето на центарот на гравитација и дијаметралната компресија не се конзистентни за сите видови сфери.Преку опсежни експерименти за создавање прототипови, беше истражен ефектот на условите за производство врз перформансите на топката.Производните параметри на температурата, притисокот и составот на материјалот варираа за да се добие опсег на топки.Тврдоста на полимерот влијае на вкочанетоста, но не и на дисипацијата на енергијата, зголемувањето на вкочанетоста ја зголемува вкочанетоста на топката.Адитивите за јадрење влијаат на реактивноста на топката, зголемувањето на количината на адитиви доведува до намалување на реактивноста на топката, но овој ефект е чувствителен на степенот на полимерот.Извршена е нумеричка анализа со користење на три математички модели за да се симулира реакцијата на топката на удар.Првиот модел се покажа дека може да го репродуцира однесувањето на топката само во ограничен обем, иако претходно беше успешно користен на други видови топки.Вториот модел покажа разумна претстава за одговорот на ударот на топката што беше генерално применлив за сите тестирани типови на топки, но точноста на предвидување на одговорот на поместување на сила не беше толку висока како што би била потребна за имплементација од големи размери.Третиот модел покажа значително подобра точност при симулирање на одговор на топката.Вредностите на силите генерирани од моделот за овој модел се 95% конзистентни со експерименталните податоци.
Оваа работа постигна две главни цели.Едниот е дизајнирање и производство на капиларен вискометар со висока температура, а вториот е симулација на проток на полуцврст метал за да помогне во дизајнирањето и да обезбеди податоци за цели на споредба.Изграден е капиларен вискометар со висока температура и користен за првично тестирање.Уредот ќе се користи за мерење на вискозноста на полутврдите метали во услови на високи температури и стапки на смолкнување слични на оние што се користат во индустријата.Капиларниот вискометар е систем со една точка што може да ја пресмета вискозноста со мерење на протокот и падот на притисокот низ капиларот, бидејќи вискозноста е директно пропорционална на падот на притисокот и обратно пропорционална на протокот.Дизајнерските критериуми вклучуваат барања за добро контролирани температури до 800ºC, стапки на смолкнување на вбризгување над 10.000 s-1 и контролирани профили за вбризгување.Беше развиен дводимензионален двофазен теоретски модел зависен од времето користејќи го софтверот FLUENT за пресметковна динамика на течности (CFD).Ова е искористено за да се оцени вискозноста на полуцврстите метали додека минуваат низ дизајниран капиларен вискометар при брзини на вбризгување од 0,075, 0,5 и 1 m/s.Беше испитуван и ефектот на фракција на метални цврсти материи (fs) од 0,25 до 0,50.За равенката за вискозност на сила-закон што се користи за развој на моделот Флуент, беше забележана силна корелација помеѓу овие параметри и добиената вискозност.
Овој труд го истражува ефектот на параметрите на процесот врз производството на композити со метална матрица Al-SiC (MMC) во сериски процес на компостирање.Проучените параметри на процесот вклучуваат брзина на мешалка, време на мешалка, геометрија на мешалка, позиција на мешалка, температура на метална течност (вискозитет).Беа извршени визуелни симулации на собна температура (25±C), компјутерски симулации и тестови за верификација за производство на MMC Al-SiC.Во визуелните и компјутерските симулации, вода и глицерин/вода беа користени за да се претстави течен и полуцврст алуминиум, соодветно.Беа испитани ефектите на вискозност од 1, 300, 500, 800 и 1000 mPa s и стапки на мешање од 50, 100, 150, 200, 250 и 300 вртежи во минута.10 ролни по парче.% зајакнати SiC честички, слични на оние што се користат во алуминиум MMK, беа користени во визуелизација и пресметковни тестови.Тестовите за сликање беа спроведени во проѕирни стаклени чаши.Пресметковните симулации беа изведени со помош на Fluent (CFD програма) и опционалниот пакет MixSim.Ова вклучува 2Д-аксисиметрична повеќефазна повеќефазна симулација на производствени правци со користење на Ојлеров (грануларен) модел.Утврдена е зависноста од времето на дисперзија на честичките, времето на таложење и висината на вителот од геометријата на мешањето и брзината на ротација на мешалката.За мешалка со °на лопатки, аголот на лопатката од 60 степени е најден како подобро прилагоден за брзо да се добие рамномерна дисперзија на честичките.Како резултат на овие тестови, беше откриено дека за да се добие униформа дистрибуција на SiC, брзината на мешање беше 150 вртежи во минута за системот вода-SiC и 300 вртежи во минута за системот глицерол/вода-SiC.Откриено е дека зголемувањето на вискозноста од 1 mPa·s (за течен метал) на 300 mPa·s (за полуцврст метал) има огромно влијание врз дисперзијата и времето на таложење на SiC.Сепак, понатамошното зголемување од 300 mPa·s на 1000 mPa·s има мал ефект врз ова време.Значаен дел од оваа работа вклучуваше проектирање, изградба и валидација на наменска машина за леење брзо стврднување за овој метод на обработка на висока температура.Машината се состои од мешалка со четири рамни сечила под агол од 60 степени и сад во комора за печка со отпорно загревање.Инсталацијата вклучува актуатор кој брзо ја гаси преработената смеса.Оваа опрема се користи за производство на композитни материјали Al-SiC.Генерално, беше пронајдена добра согласност помеѓу визуелизацијата, пресметката и резултатите од експерименталниот тест.
Постојат многу различни техники за брзо прототипирање (RP) кои се развиени за употреба во големи размери главно во последната деценија.Системите за брзи прототипови кои се комерцијално достапни денес користат различни технологии кои користат хартија, восок, смоли за стврднување на светлина, полимери и нови метални прашоци.Проектот вклучуваше брз метод на прототипирање, моделирање со сплотена таложење, за прв пат комерцијализиран во 1991 година.Овој проект го опишува основниот дизајн на системот и методот на таложење на восок.FDM машините создаваат делови со истиснување на полустопениот материјал на платформа во однапред одредена шема преку загреани млазници.Млазницата за истиснување е монтирана на XY маса контролирана од компјутерски систем.Во комбинација со автоматска контрола на механизмот на клипот и положбата на складиштето, се произведуваат точни модели.Единечните слоеви на восок се наредени еден врз друг за да создадат 2D и 3D објекти.Анализирани се и својствата на восокот за да се оптимизира процесот на производство на моделите.Тие ја вклучуваат температурата на транзиција на фазата на восокот, вискозноста на восокот и обликот на падот на восокот за време на обработката.
Во текот на изминатите пет години, истражувачките тимови на Градскиот универзитет во Даблин развија два процеси на ласерска микромашинска обработка кои можат да создадат канали и воксели со репродуктивна микронска резолуција.Фокусот на оваа работа е на употребата на сопствени материјали за изолирање на целните биомолекули.Прелиминарната работа покажува дека може да се создадат нови морфологии на капиларното мешање и површинските канали за да се подобрат способностите за одвојување.Оваа работа ќе се фокусира на примената на достапни алатки за микромашина за дизајнирање геометрии и канали на површината кои ќе обезбедат подобрено одвојување и карактеризација на биолошките системи.Примената на овие системи ќе го следи пристапот лабораторија на чип за биодијагностички цели.Уредите направени со оваа развиена технологија ќе се користат во микрофлуидната лабораторија на проектот на чип.Целта на проектот е да се користат експериментални техники за дизајн, оптимизација и симулација за да се обезбеди директна врска помеѓу параметрите за ласерска обработка и карактеристиките на каналот во микро и нано размери, и да се користат овие информации за подобрување на каналите за одвојување во овие микротехнологии.Специфичните резултати од работата вклучуваат: дизајн на канал и морфологија на површината за да се подобри науката за сепарација;монолитни фази на пумпање и екстракција во интегрирани чипови;раздвојување на избрани и извлечени целни биомолекули на интегрирани чипови.
Генерирање и контрола на временските температурни градиенти и надолжните профили долж капиларните LC столбови со помош на Peltier низи и инфрацрвена термографија
Развиена е нова платформа за директен контакт за прецизна контрола на температурата на капиларните столбови врз основа на употребата на сериски распоредени индивидуално контролирани термоелектрични Peltier ќелии.Платформата обезбедува брза контрола на температурата за капиларни и микро LC столбови и овозможува истовремено програмирање на временските и просторните температури.Платформата работи во температурен опсег од 15 до 200°C со брзина на рампа од приближно 400°C/мин за секоја од 10-те подредени Peltier ќелии.Системот е оценет за неколку нестандардни режими на мерење базирани на капилари, како што е директна примена на температурни градиенти со линеарни и нелинеарни профили, вклучувајќи статички температурни градиенти на колоната и временски градиенти на температурата, прецизни градиенти контролирани со температура, полимеризиран капиларен монолитен стационарни фази и изработка на монолитни фази во микрофлуидни канали (на чип).Инструментот може да се користи со стандардни и колони системи за хроматографија.
Електрохидродинамичко фокусирање во дводимензионален планарен микрофлуиден уред за претконцентрација на мали аналити
Оваа работа вклучува електрохидродинамичко фокусирање (EHDF) и пренос на фотони за да помогне во развојот на претходно збогатување и идентификација на видовите.EHDF е јонски балансиран метод за фокусирање базиран на воспоставување рамнотежа помеѓу хидродинамичките и електричните сили, при што интересните јони стануваат стационарни.Оваа студија претставува нов метод со користење на 2D отворен 2D рамен рамнински микрофлуиден уред наместо конвенционалниот микроканален систем.Таквите уреди можат да преконцентрираат големи количини на супстанции и се релативно лесни за производство.Оваа студија ги презентира резултатите од ново развиената симулација со користење на COMSOL Multiphysics® 3.5a.Резултатите од овие модели беа споредени со експериментални резултати за да се тестираат идентификуваните геометрии на протокот и областите со висока концентрација.Развиениот нумерички микрофлуиден модел беше спореден со претходно објавените експерименти и резултатите беа многу конзистентни.Врз основа на овие симулации, беше истражуван нов тип на брод за да се обезбедат оптимални услови за EHDF.Експерименталните резултати со користење на чипот ги подобрија перформансите на моделот.Во изработените микрофлуидни чипови, забележан е нов режим, наречен латерален EGDP, кога супстанцијата што се испитува била фокусирана нормално на применетиот напон.Бидејќи откривањето и снимањето се клучни аспекти на таквите системи за предзбогатување и идентификација на видовите.Презентирани се нумерички модели и експериментална верификација на ширењето на светлината и распределбата на интензитетот на светлината во дводимензионални микрофлуидни системи.Развиениот нумерички модел на ширење на светлината беше успешно проверен експериментално и во однос на вистинската патека на светлината низ системот и во однос на дистрибуцијата на интензитетот, што даде резултати кои можат да бидат од интерес за оптимизирање на системите за фотополимеризација, како и за системи за оптичко детекција користејќи капилари..
Во зависност од геометријата, микроструктурите може да се користат во телекомуникациите, микрофлуидика, микросензори, складирање податоци, сечење стакло и украсно обележување.Во оваа работа, беше испитана врската помеѓу поставките на параметрите на ласерскиот систем Nd:YVO4 и CO2 и големината и морфологијата на микроструктурите.Проучените параметри на ласерскиот систем вклучуваат моќност P, брзина на повторување на пулсот PRF, број на импулси N и брзина на скенирање U. Измерените излезни димензии вклучуваат еквивалентни дијаметри на воксели, како и ширина, длабочина и грубост на површината на микроканали.Беше развиен 3D систем за микромашина со помош на ласер Nd:YVO4 (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) за да се изработат микроструктури во поликарбонатните примероци.Микроструктурните воксели имаат дијаметар од 48 до 181 µm.Системот, исто така, обезбедува прецизно фокусирање со користење на микроскопски цели за да се создадат помали воксели во опсегот од 5 до 10 µm во сода-варово стакло, споена силициум диоксид и примероци од сафир.СО2 ласер (1,5 kW, 10,6 µm, минимално времетраење на пулсот 26 µs) беше искористен за да се создадат микроканали во примероците од сода-вар стакло.Обликот на попречниот пресек на микроканалите варираше во голема мера помеѓу v-жлебовите, U-жлебовите и површинските места за аблација.Големините на микроканалите исто така варираат многу: од 81 до 365 µm ширина, од 3 до 379 µm во длабочина и грубост на површината од 2 до 13 µm, во зависност од инсталацијата.Големините на микроканали беа испитувани според параметрите за ласерска обработка користејќи методологија на површината на одговор (RSM) и дизајн на експерименти (DOE).Собраните резултати беа искористени за проучување на ефектот на параметрите на процесот врз волуметриската и масовната аблација.Дополнително, развиен е математички модел на термички процес за да помогне во разбирањето на процесот и да се дозволи топологијата на каналот да се предвиди пред вистинското изработка.
Метролошката индустрија секогаш бара нови начини за прецизно и брзо истражување и дигитализирање на површинската топографија, вклучувајќи пресметување на параметрите за грубоста на површината и создавање облаци на точки (множества од тридимензионални точки кои опишуваат една или повеќе површини) за моделирање или обратно инженерство.системи постојат, а оптичките системи се зголемија во популарност во изминатата деценија, но повеќето оптички профили се скапи за купување и одржување.Во зависност од типот на системот, оптичките профили може исто така да бидат тешки за дизајнирање и нивната кршливост може да не е погодна за повеќето магазински или фабрички апликации.Овој проект опфаќа развој на профилатор користејќи ги принципите на оптичка триангулација.Развиениот систем има површина на масата за скенирање од 200 x 120 mm и вертикален опсег на мерење од 5 mm.Положбата на ласерскиот сензор над целната површина е исто така прилагодлива за 15 mm.Беше развиена контролна програма за автоматско скенирање на делови и површини избрани од корисникот.Овој нов систем се карактеризира со димензионална точност.Измерената максимална косинусна грешка на системот е 0,07°.Динамичната точност на системот се мери на 2 µm во оската Z (висина) и околу 10 µm во оските X и Y.Односот на големината помеѓу скенираните делови (монети, завртки, подлошки и матрици за леќи со влакна) беше добар.Ќе се дискутира и за тестирањето на системот, вклучувајќи ги ограничувањата на профилите и можните подобрувања на системот.
Целта на овој проект е да се развие и карактеризира нов оптички брз онлајн систем за проверка на површинските дефекти.Контролниот систем се заснова на принципот на оптичка триангулација и обезбедува бесконтактна метода за одредување на тридимензионалниот профил на дифузните површини.Главните компоненти на развојниот систем вклучуваат диоден ласер, CCf15 CMOS камера и два серво мотори контролирани од компјутер.Движењето на примерокот, фотографирањето и 3Д профилирањето на површината се програмирани во софтверот LabView.Проверката на заробените податоци може да се олесни со креирање програма за виртуелно прикажување на 3D скенирана површина и пресметување на потребните параметри за грубост на површината.Серво моторите се користат за поместување на примерокот во насоките X и Y со резолуција од 0,05 µm.Развиениот бесконтактен онлајн профилатор на површини може да изврши брзо скенирање и проверка на површината со висока резолуција.Развиениот систем успешно се користи за креирање автоматски 2Д површински профили, 3Д профили на површината и мерења на грубоста на површината на различни примероци материјали.Автоматската инспекциска опрема има површина за скенирање XY од 12 x 12 mm.За да се карактеризира и калибрира развиениот систем за профилирање, профилот на површината измерен од системот беше спореден со истата површина измерена со помош на оптички микроскоп, бинокуларен микроскоп, AFM и Mitutoyo Surftest-402.
Барањата за квалитетот на производите и материјалите што се користат во нив стануваат сè попребирливи.Решението за многу проблеми со визуелниот квалитет (QA) е употребата на автоматизирани системи за површинска инспекција во реално време.Ова бара унифициран квалитет на производот со висока пропусна моќ.Затоа, потребни се системи кои се 100% способни за тестирање на материјали и површини во реално време.За да се постигне оваа цел, комбинацијата на ласерска технологија и технологија за компјутерска контрола обезбедува ефективно решение.Во оваа работа, беше развиен систем за бесконтактно ласерско скенирање со голема брзина, ниска цена и висока прецизност.Системот е во состојба да ја мери дебелината на цврстите непроѕирни објекти користејќи го принципот на ласерска оптичка триангулација.Развиениот систем обезбедува точност и репродуктивност на мерењата на ниво на микрометар.
Целта на овој проект е да се дизајнира и развие систем за ласерска инспекција за откривање на дефекти на површината и евалуација на неговиот потенцијал за високи брзински апликации.Главните компоненти на системот за откривање се модул за ласерски диоди како извор на осветлување, CMOS камера со случаен пристап како единица за откривање и фаза на преведување XYZ.Развиени се алгоритми за анализа на податоците добиени со скенирање на различни површини на примероци.Системот за контрола се базира на принципот на оптичка триангулација.Ласерскиот зрак косо се спушта на површината на примерокот.Разликата во висината на површината потоа се зема како хоризонтално движење на ласерската точка над површината на примерокот.Ова овозможува да се земат мерењата на висината со помош на методот на триангулација.Развиениот систем за детекција прво се калибрира за да се добие фактор на конверзија кој ќе ја одрази врската помеѓу поместувањето на точката измерена од сензорот и вертикалното поместување на површината.Експериментите беа спроведени на различни површини на примероците материјали: месинг, алуминиум и нерѓосувачки челик.Развиениот систем е во состојба прецизно да генерира 3Д топографска карта на дефекти кои се јавуваат за време на работата.Постигната е просторна резолуција од околу 70 µm и резолуција на длабочина од 60 µm.Перформансите на системот се проверуваат и со мерење на точноста на измерените растојанија.
Системите за ласерско скенирање со влакна со голема брзина се користат во автоматизирани индустриски производствени средини за откривање на дефекти на површината.Посовремените методи за откривање на површинските дефекти вклучуваат употреба на оптички влакна за осветлување и откривање на компоненти.Оваа дисертација вклучува дизајн и развој на нов брз оптоелектронски систем.Во овој труд, се истражуваат два извора на LED диоди, LED диоди (диоди кои емитуваат светлина) и ласерски диоди.Ред од пет диоди кои емитуваат и пет фотодиоди примачи се наоѓаат една спроти друга.Собирањето податоци се контролира и анализира од компјутер со помош на софтверот LabVIEW.Системот се користи за мерење на димензиите на површинските дефекти како што се дупки (1 mm), слепи дупки (2 mm) и засеци во различни материјали.Резултатите покажуваат дека иако системот е првенствено наменет за 2D скенирање, тој може да работи и како ограничен систем за 3D сликање.Системот, исто така, покажа дека сите метални материјали кои се проучувале биле способни да рефлектираат инфрацрвени сигнали.Новоразвиениот метод кој користи низа наклонети влакна му овозможува на системот да постигне прилагодлива резолуција со максимална системска резолуција од приближно 100 µm (собирачки дијаметар на влакна).Системот успешно се користи за мерење на профилот на површината, грубоста на површината, дебелината и рефлексивноста на различни материјали.Со овој систем може да се тестираат алуминиум, нерѓосувачки челик, месинг, бакар, туфнол и поликарбонат.Предностите на овој нов систем се побрзо откривање, пониска цена, помала големина, поголема резолуција и флексибилност.
Дизајнирајте, изградете и тестирајте нови системи за интегрирање и распоредување на нови технологии за сензори за животната средина.Особено погоден за апликации за следење на фекалните бактерии
Измена на микро-нано структурата на силиконските соларни PV панели за да се подобри снабдувањето со енергија
Еден од главните инженерски предизвици со кои се соочува глобалното општество денес е одржливото снабдување со енергија.Време е општеството да почне многу да се потпира на обновливите извори на енергија.Сонцето и дава на земјата бесплатна енергија, но современите методи за користење на оваа енергија во форма на електрична енергија имаат одредени ограничувања.Кај фотоволтаичните ќелии, главниот проблем е недоволната ефикасност на собирање на сончевата енергија.Ласерската микромашина вообичаено се користи за создавање меѓусебни врски помеѓу фотоволтаични активни слоеви како што се стаклени подлоги, хидрогенизиран силициум и слоеви од цинк оксид.Исто така, познато е дека повеќе енергија може да се добие со зголемување на површината на соларна ќелија, на пример со микромашина.Се покажа дека деталите на површинскиот профил на нано размери влијаат на ефикасноста на апсорпција на енергија на соларните ќелии.Целта на овој труд е да ги истражи придобивките од прилагодувањето на структурите на соларни ќелии во микро, нано и мезоразмер за да се обезбеди поголема моќност.Променувањето на технолошките параметри на таквите микроструктури и наноструктури ќе овозможи да се проучи нивното влијание врз топологијата на површината.Ќелиите ќе бидат тестирани за енергијата што ја произведуваат кога се изложени на експериментално контролирани нивоа на електромагнетна светлина.Ќе се воспостави директна врска помеѓу ефикасноста на клетките и текстурата на површината.
Металните матрични композити (MMCs) брзо стануваат главни кандидати за улогата на структурните материјали во инженерството и електрониката.Алуминиум (Al) и бакар (Cu) зајакнати со SiC поради нивните одлични термички својства (на пр. низок коефициент на термичка експанзија (CTE), висока топлинска спроводливост) и подобрени механички својства (на пр. поголема специфична цврстина, подобри перформанси).Широко се користи во различни индустрии за отпорност на абење и специфичен модул.Неодамна, овие високо керамички MMC станаа уште еден тренд за апликации за контрола на температурата во електронски пакувања.Вообичаено, во пакетите на уреди за напојување, алуминиум (Al) или бакар (Cu) се користат како ладилник или основна плоча за поврзување со керамичката подлога што ги носи чипот и поврзаните иглички структури.Големата разлика во коефициентот на термичка експанзија (CTE) помеѓу керамика и алуминиум или бакар е неповолна бидејќи ја намалува доверливоста на пакувањето и исто така ја ограничува големината на керамичката подлога што може да се прицврсти на подлогата.
Со оглед на овој недостаток, сега е можно да се развијат, истражуваат и карактеризираат нови материјали кои ги исполнуваат овие барања за термички подобрени материјали.Со подобрени својства на топлинска спроводливост и коефициент на термичка експанзија (CTE), MMC CuSiC и AlSiC сега се остварливи решенија за пакување електроника.Оваа работа ќе ги оцени уникатните термофизички својства на овие MMC и нивните можни апликации за термичко управување со електронски пакети.
Нафтените компании доживуваат значителна корозија во зоната на заварување на системите на нафтената и гасната индустрија направени од јаглерод и нисколегирани челици.Во средини што содржат CO2, оштетувањето од корозија обично се припишува на разликите во јачината на заштитните корозивни филмови депонирани на различни микроструктури од јаглероден челик.Локалната корозија во металот на заварот (WM) и зоната погодена од топлина (HAZ) главно се должи на галванските ефекти поради разликите во составот на легурата и микроструктурата.Микроструктурните карактеристики на основниот метал (PM), WM и HAZ беа испитувани за да се разбере ефектот на микроструктурата врз однесувањето на корозија на споеви заварени со благ челик.Тестовите за корозија беа спроведени во 3,5% раствор на NaCl заситен со CO2 под деоксигенирани услови на собна температура (20±2°C) и pH 4,0±0,3.Карактеризацијата на однесувањето на корозија беше извршена со помош на електрохемиски методи за определување на потенцијалот на отворено коло, потенциодинамичко скенирање и отпорност на линеарна поларизација, како и општа металографска карактеризација со оптичка микроскопија.Главните откриени морфолошки фази се ацикуларен ферит, задржан аустенит и мартензитско-баинитна структура во WM.Поретки се кај ХАЗ.Значително различно електрохемиско однесување и стапки на корозија беа пронајдени во PM, VM и HAZ.
Работата опфатена со овој проект е насочена кон подобрување на електричната ефикасност на потопните пумпи.Барањата од пумпната индустрија да се движи во оваа насока неодамна се зголемија со воведувањето на ново законодавство на ЕУ кое бара од индустријата како целина да постигне нови и повисоки нивоа на ефикасност.Овој труд ја анализира употребата на обвивка за ладење за ладење на областа соленоид на пумпата и предлага подобрувања во дизајнот.Посебно се карактеризираат протокот на течност и пренос на топлина во обвивките за ладење на работните пумпи.Подобрувањата во дизајнот на обвивката ќе овозможат подобар пренос на топлина во областа на моторот на пумпата што резултира со подобрена ефикасност на пумпата и истовремено намалување на индуцираното влечење.За оваа работа, во постоечкиот резервоар за тестирање од 250 m3 беше додаден систем за тестирање на пумпа монтиран во суво јама.Ова овозможува брзо следење на полето на проток на камерата и термичка слика на куќиштето на пумпата.Полето на проток потврдено со CFD анализа овозможува експериментирање, тестирање и споредба на алтернативни дизајни за да се одржат работните температури што е можно пониски.Оригиналниот дизајн на пумпата со пол M60-4 издржа максимална температура на надворешното куќиште на пумпата од 45°C и максимална температура на статорот од 90°C.Анализата на различни дизајни на модели покажува кои дизајни се покорисни за поефикасни системи, а кои не треба да се користат.Конкретно, дизајнот на интегрираниот калем за ладење нема подобрување во однос на оригиналниот дизајн.Зголемувањето на бројот на сечилата на работното коло од четири на осум ја намали работната температура измерена на куќиштето за седум степени Целзиусови.
Комбинацијата на висока густина на моќност и намалено време на експозиција при обработка на метал резултира со промена на микроструктурата на површината.Добивањето оптимална комбинација на параметрите на ласерскиот процес и стапката на ладење е од клучно значење за промена на структурата на зрната и за подобрување на триболошките својства на површината на материјалот.Главната цел на оваа студија беше да го истражи ефектот на брзо импулсна ласерска обработка врз триболошките својства на комерцијално достапните метални биоматеријали.Оваа работа е посветена на ласерска модификација на површината на не'рѓосувачки челик AISI 316L и Ti-6Al-4V.За проучување на влијанието на различни параметри на ласерскиот процес и добиената површинска микроструктура и морфологија, се користеше пулсен CO2 ласер од 1,5 kW.Користејќи цилиндричен примерок ротиран нормално на насоката на ласерското зрачење, интензитетот на ласерското зрачење, времето на експозиција, густината на енергетскиот флукс и ширината на пулсот беа различни.Карактеризацијата беше изведена со помош на SEM, EDX, мерења на грубост на иглата и XRD анализа.Беше имплементиран и модел за предвидување на температурата на површината за да се постават почетните параметри на експерименталниот процес.Потоа беше извршено мапирање на процесите за да се одредат голем број специфични параметри за ласерска обработка на површината на стопениот челик.Постои силна корелација помеѓу осветленоста, времето на експозиција, длабочината на обработка и грубоста на обработениот примерок.Зголемената длабочина и грубоста на микроструктурните промени беа поврзани со повисоки нивоа на изложеност и време на изложеност.Со анализа на грубоста и длабочината на третираната површина, моделите на енергетско флуентност и температура на површината се користат за да се предвиди степенот на топење што ќе се појави на површината.Како што се зголемува времето на интеракција на ласерскиот зрак, грубоста на површината на челикот се зголемува за различни проучувани нивоа на пулсна енергија.Додека беше забележано дека структурата на површината го задржува нормалното порамнување на кристалите, беа забележани промени во ориентацијата на зрната во областите третирани со ласер.
Анализа и карактеризација на однесувањето на ткивниот стрес и неговите импликации за дизајнот на скелето
Во овој проект беа развиени неколку различни геометрии на скелето и беше извршена анализа на конечни елементи за да се разберат механичките својства на структурата на коските, нивната улога во развојот на ткивото и максималната дистрибуција на стресот и напрегањето во скелето.Компјутеризирана томографија (КТ) скенови на примероци од трабекуларна коска беа собрани како додаток на структурите на скеле дизајнирани со CAD.Овие дизајни ви овозможуваат да креирате и тестирате прототипови, како и да извршите FEM на овие дизајни.Беа извршени механички мерења на микродеформации на фабрикувани скелиња и трабекуларни примероци на коската на главата на бедрената коска и овие резултати беа споредени со оние добиени од FEA за истите структури.Се верува дека механичките својства зависат од дизајнираната форма на пора (структура), големината на порите (120, 340 и 600 µm) и условите на оптоварување (со или без блокови за полнење).Промените во овие параметри беа истражени за порозни рамки од 8 mm3, 22,7 mm3 и 1000 mm3 со цел сеопфатно да се проучи нивниот ефект врз распределбата на напрегањето.Резултатите од експериментите и симулациите покажуваат дека геометрискиот дизајн на структурата игра важна улога во распределбата на стресот и го истакнува големиот потенцијал на дизајнот на рамката за подобрување на регенерацијата на коските.Општо земено, големината на порите е поважна од нивото на порозност во одредувањето на целокупното максимално ниво на напрегање.Сепак, нивото на порозност е исто така важно за одредување на остеокондуктивноста на структурите на скелето.Како што нивото на порозност се зголемува од 30% на 70%, максималната вредност на напрегањето значително се зголемува за иста големина на пора.
Големината на порите на скелето е исто така важна за методот на изработка.Сите современи методи на брзо создавање на прототипови имаат одредени ограничувања.Додека конвенционалната изработка е поразноврсна, покомплексните и помалите дизајни често се невозможни да се изработат.Повеќето од овие технологии моментално номинално не можат одржливо да создадат пори под 500 µm.Така, резултатите со големина на пора од 600 µm во оваа работа се најрелевантни за производствените способности на тековните технологии за брзо производство.Претставената шестоаголна структура, иако се разгледува само во една насока, би била најанизотропната структура во споредба со структурите базирани на коцката и триаголникот.Кубните и триаголните структури се релативно изотропни во споредба со хексагоналните структури.Анизотропијата е важна кога се разгледува остеокондуктивноста на дизајнираното скеле.Распределбата на стресот и локацијата на отворот влијаат на процесот на ремоделирање, а различните услови на оптоварување може да ја променат максималната вредност на напрегањето и неговата локација.Доминантната насока на вчитување треба да ја промовира големината и дистрибуцијата на порите за да им овозможи на клетките да прераснат во поголеми пори и да обезбедат хранливи материи и градежни материјали.Друг интересен заклучок од оваа работа, со испитување на распределбата на напрегањето во пресекот на столбовите, е дека на површината на столбовите се евидентираат повисоки вредности на напрегањето во споредба со центарот.Во оваа работа, се покажа дека големината на порите, нивото на порозност и методот на оптоварување се тесно поврзани со нивоата на напрегање што се доживуваат во структурата.Овие наоди ја демонстрираат можноста за создавање структури на потпора во кои нивоата на стрес на површината на потпората може да се разликуваат во поголема мера, што може да го промовира приврзувањето и растот на клетките.
Скелињата за замена на синтетички коски нудат можност за индивидуално приспособување на својствата, надминување на ограничената достапност на донатори и подобрување на остеоинтеграцијата.Коскеното инженерство има за цел да ги реши овие прашања преку обезбедување висококвалитетни графтови кои можат да се набават во големи количини.Во овие апликации, и внатрешната и надворешната геометрија на скелето се од големо значење, бидејќи имаат значително влијание врз механичките својства, пропустливоста и клеточната пролиферација.Технологијата за брзо прототипирање овозможува користење на нестандардни материјали со дадена и оптимизирана геометрија, произведени со висока прецизност.Овој труд ја истражува способноста на техниките за 3D печатење за да се изработат сложени геометрии на скелетни скелиња користејќи биокомпатибилни материјали од калциум фосфат.Прелиминарните студии на сопственичкиот материјал покажуваат дека може да се постигне предвиденото насочено механичко однесување.Вистинските мерења на насочените механички својства на изработените примероци ги покажаа истите трендови како и резултатите од анализата на конечни елементи (FEM).Оваа работа, исто така, ја демонстрира изводливоста на 3D печатење за да се изработат геометриски скелиња за инженерство на ткиво од биокомпатибилен цемент со калциум фосфат.Рамките беа направени со печатење со воден раствор на динатриум хидроген фосфат на прашкаст слој кој се состои од хомогена мешавина на калциум хидроген фосфат и калциум хидроксид.Реакцијата на влажно хемиско таложење се одвива во креветот за прав на 3D печатачот.Беа направени цврсти примероци за мерење на механичките својства на волуметриската компресија на произведениот калциум фосфат цемент (CPC).Така произведените делови имаа просечен модул на еластичност од 3,59 MPa и просечна јакост на притисок од 0,147 MPa.Синтерувањето доведува до значително зголемување на својствата на компресија (E = 9,15 MPa, σt = 0,483 MPa), но ја намалува специфичната површина на материјалот.Како резултат на синтерување, калциум фосфат цемент се распаѓа на β-трикалциум фосфат (β-TCP) и хидроксиапатит (HA), што е потврдено со податоците од термогравиметриската и диференцијалната термичка анализа (TGA/DTA) и анализата на дифракција на рендгенски зраци ( XRD).својствата се недоволни за силно оптоварени импланти, каде што потребната јачина е од 1,5 до 150 MPa, а цврстината на притисок надминува 10 MPa.Сепак, понатамошната пост-обработка, како што е инфилтрацијата со биоразградливи полимери, може да ги направи овие структури погодни за примена на стент.
Цел: Истражувањето во механиката на почвата покажа дека вибрациите што се применуваат на агрегатите резултираат со поефикасно усогласување на честичките и намалување на енергијата потребна за дејствување на агрегатот.Нашата цел беше да развиеме метод за влијанието на вибрациите врз процесот на импакција на коските и да го оцениме неговиот ефект врз механичките својства на импактирани графтови.
Фаза 1: Мелење на 80 грла говедска бедрена коска со помош на мелница за коски Noviomagus.Калемените потоа беа измиени со користење на систем за перење со пулсиран физиолошки раствор на послужавник со сито.Беше развиен уред со вибро удар, опремен со два DC мотори од 15 V со ексцентрични тежини фиксирани во метален цилиндар.Фрлете го тег од одредена висина 72 пати за да го репродуцирате процесот на удирање во коска.Беше тестиран опсегот на фреквенција на вибрации измерен со акцелерометар инсталиран во комората за вибрации.Секој тест на смолкнување потоа се повторуваше при четири различни нормални оптоварувања за да се добие серија криви на напрегање-деформација.За секој тест беа конструирани обвивки за дефект на Мор-Кулом, од кои беа изведени јакоста на смолкнување и блокирачките вредности.
Фаза 2: Повторете го експериментот со додавање крв за да се реплицира богатата средина што се среќава во хируршките услови.
Фаза 1: Графтовите со зголемени вибрации на сите фреквенции на вибрации покажаа поголема јакост на смолкнување во споредба со удар без вибрации.Вибрациите на 60 Hz имаа најголемо влијание и беа значајни.
Фаза 2: Калемењето со дополнително вибрационо влијание во заситените агрегати покажа помала јакост на смолкнување за сите нормални оптоварувања на притисок отколку удар без вибрации.
Заклучок: Принципите на нискоградба се применливи за имплантација на имплантирана коска.Кај сувите агрегати, додавањето вибрации може да ги подобри механичките својства на ударните честички.Во нашиот систем, оптималната фреквенција на вибрации е 60 Hz.Кај заситените агрегати, зголемувањето на вибрациите негативно влијае на јачината на смолкнување на агрегатот.Ова може да се објасни со процесот на втечнување.
Целта на оваа работа беше да се дизајнира, изгради и тестира систем кој може да ги вознемири субјектите кои стојат на него со цел да се процени нивната способност да одговорат на овие промени.Ова може да се направи со брзо навалување на површината на која стои лицето, а потоа враќање во хоризонтална положба.Од ова е можно да се утврди дали субјектите биле способни да одржуваат состојба на рамнотежа и колку време им било потребно да ја вратат оваа состојба на рамнотежа.Оваа состојба на рамнотежа ќе биде одредена со мерење на постуралното влијание на субјектот.Нивното природно постурално нишање беше измерено со профил на табла за притисок на стапалото за да се утврди колкаво е нишањето за време на тестот.Системот е исто така дизајниран да биде поразновиден и попристапен од моментално комерцијално достапен, бидејќи, иако овие машини се важни за истражување, тие во моментов не се широко користени поради нивната висока цена.Новоразвиениот систем претставен во овој напис се користи за поместување на испитни предмети со тежина до 100 kg.
Во оваа работа, шест лабораториски експерименти во инженерството и физичките науки беа дизајнирани за подобрување на процесот на учење за студентите.Ова се постигнува со инсталирање и креирање на виртуелни инструменти за овие експерименти.Употребата на виртуелни инструменти се споредува директно со традиционалните лабораториски наставни методи и се дискутира за основата за развој на двата пристапи.Претходната работа со користење на учење со помош на компјутер (CBL) во слични проекти поврзани со оваа работа беше искористена за да се проценат некои од придобивките од виртуелните инструменти, особено оние поврзани со зголемениот интерес на учениците, задржувањето на меморијата, разбирањето и, на крајот, лабораториското известување..поврзани придобивки.Виртуелниот експеримент дискутиран во оваа студија е ревидирана верзија на експериментот со традиционален стил и на тој начин обезбедува директна споредба на новата CBL техника со традиционалната стилска лабораторија.Не постои концептуална разлика помеѓу двете верзии на експериментот, разликата е само во начинот на кој е претставен.Ефективноста на овие CBL методи беше оценета со набљудување на перформансите на учениците кои го користат виртуелниот инструмент во споредба со другите ученици од истата класа кои го изведуваат традиционалниот експериментален режим.Сите студенти се оценуваат со поднесување извештаи, прашања со повеќекратен избор поврзани со нивните експерименти и прашалници.Резултатите од оваа студија исто така беа споредени со други поврзани студии од областа на CBL.
Време на објавување: 19 февруари 2023 година