Метою цієї роботи є розробка автоматизованого процесу лазерної обробки з високою точністю розмірів і заздалегідь визначеною вартістю процесу.Ця робота включає аналіз моделей прогнозування розміру та вартості для лазерного виготовлення внутрішніх мікроканалів Nd:YVO4 у ПММА та внутрішньої лазерної обробки полікарбонату для виготовлення мікрофлюїдних пристроїв.Для досягнення цих цілей проекту ANN і DoE порівняли розмір і вартість лазерних систем CO2 і Nd:YVO4.Реалізовано повну реалізацію управління зворотним зв'язком з субмікронною точністю лінійного позиціонування зі зворотним зв'язком від кодера.Зокрема, автоматизація лазерного випромінювання та позиціонування зразка управляється FPGA.Глибоке знання операційних процедур і програмного забезпечення системи Nd:YVO4 дозволило замінити блок керування програмованим контролером автоматизації Compact-Rio (PAC), що було виконано на етапі 3D позиціонування із зворотним зв’язком високої роздільної здатності субмікронних кодерів LabVIEW Code Control .Повна автоматизація цього процесу в коді LabVIEW знаходиться в розробці.Поточна та майбутня робота включає вимірювання точності розмірів, точності та відтворюваності проектних систем, а також відповідну оптимізацію геометрії мікроканалів для виготовлення мікрофлюїдних і лабораторних пристроїв на чіпі для хімічних/аналітичних застосувань і науки про розділення.
Численні застосування формованих напівтвердих металевих деталей (SSM) вимагають відмінних механічних властивостей.Видатні механічні властивості, такі як зносостійкість, висока міцність і жорсткість, залежать від особливостей мікроструктури, створених ультрадрібним розміром зерна.Цей розмір зерна зазвичай залежить від оптимальної технологічності SSM.Однак виливки SSM часто містять залишкову пористість, що надзвичайно негативно впливає на продуктивність.У цій роботі будуть досліджені важливі процеси формування напівтвердих металів для отримання деталей вищої якості.Ці деталі повинні мати знижену пористість і поліпшені мікроструктурні характеристики, включаючи наддрібний розмір зерен і рівномірний розподіл твердільних виділень і легуючого мікроелементного складу.Зокрема, буде проаналізовано вплив методу тимчасово-температурної попередньої обробки на розвиток бажаної мікроструктури.Будуть досліджені такі властивості, як збільшення міцності, твердості та жорсткості, що є результатом збільшення маси.
Дана робота є дослідженням лазерної модифікації поверхні інструментальної сталі Н13 з використанням імпульсного лазерного режиму обробки.Проведений початковий експериментальний план скринінгу привів до більш оптимізованого детального плану.Використовується вуглекислотний (CO2) лазер з довжиною хвилі 10,6 мкм.В експериментальному плані дослідження використовувалися лазерні плями трьох різних розмірів: 0,4, 0,2 і 0,09 мм в діаметрі.Іншими контрольованими параметрами є пікова потужність лазера, частота повторення імпульсів і перекриття імпульсів.Газ аргон під тиском 0,1 МПа постійно допомагає лазерній обробці.Зразок H13 був шорстким і хімічно протравленим перед обробкою, щоб збільшити поглинальну здатність поверхні на довжині хвилі CO2-лазера.Лазерно оброблені зразки були підготовлені для металографічних досліджень та охарактеризовані їх фізико-механічні властивості.Металографічні дослідження та аналіз хімічного складу проводили за допомогою скануючої електронної мікроскопії в поєднанні з енергодисперсійною рентгенівською спектрометрією.Детектування кристалічності та фази модифікованої поверхні проводили за допомогою системи XRD з Cu Kα випромінюванням і довжиною хвилі 1,54 Å.Профіль поверхні вимірюється за допомогою системи профілювання щупа.Властивості твердості модифікованих поверхонь вимірювали алмазним мікроіндентуванням за Віккерсом.Вплив шорсткості поверхні на втомні властивості модифікованих поверхонь досліджували за допомогою спеціально виготовленої системи термічної втоми.Було помічено, що можна отримати модифіковані поверхневі зерна з наддрібними розмірами менше 500 нм.Покращена глибина поверхні в діапазоні від 35 до 150 мкм була досягнута на зразках H13, оброблених лазером.Кристалічність модифікованої поверхні H13 значно знижена, що пов'язано з випадковим розподілом кристалітів після лазерної обробки.Мінімальна скоригована середня шорсткість поверхні H13 Ra становить 1,9 мкм.Інше важливе відкриття полягає в тому, що твердість модифікованої поверхні H13 коливається від 728 до 905 HV0.1 при різних налаштуваннях лазера.Для подальшого розуміння впливу лазерних параметрів було встановлено зв’язок між результатами теплового моделювання (швидкості нагріву та охолодження) та результатами твердості.Ці результати важливі для розробки методів поверхневого зміцнення для підвищення зносостійкості та теплозахисних покриттів.
Параметричні ударні властивості суцільних спортивних м’ячів для розробки типових ядер для сліотарів GAA
Основною метою цього дослідження є характеристика динамічної поведінки ядра сліотара при ударі.В’язкопружні характеристики м’яча вимірювали для діапазону швидкостей удару.Сучасні полімерні сфери чутливі до швидкості деформації, тоді як традиційні багатокомпонентні сфери залежать від деформації.Нелінійний в’язкопружний відгук визначається двома значеннями жорсткості: початковою жорсткістю та об’ємною жорсткістю.Традиційні м'ячі в 2,5 рази жорсткіші за сучасні залежно від швидкості.Швидший темп збільшення жорсткості звичайних кульок призводить до більш нелінійної залежності COR від швидкості порівняно з сучасними кульками.Результати динамічної жорсткості показують обмежену застосовність квазістатичних випробувань і рівнянь теорії пружини.Аналіз поведінки сферичної деформації показує, що зміщення центру тяжіння і діаметральне стиснення узгоджені не для всіх типів куль.За допомогою масштабних експериментів зі створення прототипів було досліджено вплив умов виробництва на характеристики м’яча.Виробничі параметри температури, тиску та складу матеріалу змінювалися, щоб виготовити ряд куль.Твердість полімеру впливає на жорсткість, але не на розсіювання енергії, збільшення жорсткості збільшує жорсткість кулі.Нуклеуючі добавки впливають на реакційну здатність кульки, збільшення кількості добавок призводить до зниження реакційної здатності кульки, але цей ефект чутливий до марки полімеру.Чисельний аналіз проводився з використанням трьох математичних моделей для моделювання реакції м'яча на удар.Перша модель виявилася здатною відтворювати поведінку м'яча лише в обмеженій мірі, хоча раніше її успішно використовували на інших типах м'ячів.Друга модель показала прийнятне представлення відповіді на удар м’яча, яке було загалом застосовне до всіх перевірених типів м’яча, але точність прогнозування відповіді сила-переміщення була не такою високою, як це потрібно для широкомасштабного впровадження.Третя модель показала значно кращу точність при моделюванні реакції м'яча.Значення сили, згенеровані моделлю для цієї моделі, на 95% відповідають експериментальним даним.
Ця робота досягла двох основних цілей.Один — це розробка та виробництво високотемпературного капілярного віскозиметра, а другий — моделювання течії напівтвердого металу, щоб допомогти в проектуванні та надати дані для цілей порівняння.Високотемпературний капілярний віскозиметр був побудований і використаний для початкового тестування.Пристрій буде використовуватися для вимірювання в'язкості напівтвердих металів в умовах високих температур і швидкостей зсуву, подібних до тих, що використовуються в промисловості.Капілярний віскозиметр — це одноточкова система, яка може обчислювати в’язкість, вимірюючи потік і перепад тиску в капілярі, оскільки в’язкість прямо пропорційна перепаду тиску та обернено пропорційна потоці.Критерії проектування включають вимоги до добре контрольованих температур до 800ºC, швидкості зсуву впорскування понад 10 000 с-1 і контрольованих профілів уприскування.Двовимірна двофазна теоретична залежна від часу модель була розроблена за допомогою програмного забезпечення FLUENT для обчислювальної динаміки рідин (CFD).Це було використано для оцінки в'язкості напівтвердих металів, коли вони проходили через розроблений капілярний віскозиметр зі швидкостями впорскування 0,075, 0,5 і 1 м/с.Досліджено також вплив частки твердих металевих речовин (fs) від 0,25 до 0,50.Для рівняння степеневої в’язкості, яке використовується для розробки моделі Fluent, було відмічено сильну кореляцію між цими параметрами та результуючою в’язкістю.
У цій статті досліджується вплив параметрів процесу на виробництво композитів з металевою матрицею Al-SiC (MMC) у процесі періодичного компостування.Вивчені параметри процесу включали швидкість мішалки, час роботи мішалки, геометрію мішалки, положення мішалки, температуру (в’язкість) металевої рідини.Візуальне моделювання було проведено при кімнатній температурі (25±C), комп’ютерне моделювання та перевірочні випробування для виробництва MMC Al-SiC.У візуальному та комп’ютерному моделюванні вода та гліцерин/вода використовувалися для представлення рідкого та напівтвердого алюмінію відповідно.Досліджували вплив в’язкості 1, 300, 500, 800 і 1000 мПа с і швидкості перемішування 50, 100, 150, 200, 250 і 300 об/хв.10 рулетів на штуку.% посилених частинок SiC, подібних до тих, що використовуються в алюмінієвих ММК, використовувалися для візуалізації та обчислювальних тестів.Тести візуалізації проводили в прозорих скляних склянках.Обчислювальне моделювання проводилося за допомогою Fluent (програма CFD) і додаткового пакета MixSim.Це включає двовимірне осесиметричне багатофазне залежне від часу моделювання виробничих маршрутів з використанням ейлерової (зернистої) моделі.Встановлено залежність часу диспергування частинок, часу осідання та висоти завихрення від геометрії змішування та швидкості обертання мішалки.Встановлено, що для мішалки з лопатями °at кут лопаті 60 градусів краще підходить для швидкого отримання рівномірної дисперсії частинок.У результаті цих випробувань було виявлено, що для отримання рівномірного розподілу SiC швидкість перемішування становила 150 об/хв для системи вода-SiC і 300 об/хв для системи гліцерин/вода-SiC.Було виявлено, що збільшення в'язкості від 1 мПа·с (для рідкого металу) до 300 мПа·с (для напівтвердого металу) мало величезний вплив на дисперсію та час осадження SiC.Однак подальше збільшення від 300 мПа·с до 1000 мПа·с мало впливає на цей час.Значна частина цієї роботи включала проектування, будівництво та валідацію спеціальної ливарної машини для швидкого затвердіння для цього методу високотемпературної обробки.Машина складається з мішалки з чотирма плоскими лопатями під кутом 60 градусів і тигля в камері печі з резистивним нагріванням.В установку входить актуатор, який швидко гасить оброблену суміш.Це обладнання використовується для виробництва композиційних матеріалів Al-SiC.Загалом було знайдено хорошу відповідність між результатами візуалізації, розрахунків та експериментальних випробувань.
Існує багато різних методів швидкого прототипування (RP), які були розроблені для широкомасштабного використання в основному за останнє десятиліття.У комерційних системах швидкого прототипування, доступних сьогодні, використовуються різноманітні технології, що використовують папір, віск, світлотвердіючі смоли, полімери та нові металеві порошки.Проект включав швидкий метод створення прототипів, Fused Deposition Modeling, вперше комерціалізований у 1991 році. У цій роботі була розроблена та використана нова версія системи для моделювання шляхом наплавлення з використанням воску.Цей проект описує базову конструкцію системи та метод осадження воску.Машини FDM створюють деталі шляхом екструдування напіврозплавленого матеріалу на платформу за заздалегідь визначеною схемою через нагріті сопла.Екструзійна насадка встановлена на столі XY, керованому комп’ютерною системою.У поєднанні з автоматичним керуванням плунжерним механізмом і положенням вкладника виробляються точні моделі.Окремі шари воску накладаються один на одного для створення 2D і 3D об’єктів.Властивості воску також були проаналізовані для оптимізації процесу виробництва моделей.До них відносяться температура фазового переходу воску, в'язкість воску і форма краплі воску під час обробки.
Протягом останніх п’яти років дослідницькі групи Дублінського наукового кластеру Дублінського університету розробили два процеси лазерної мікрообробки, які можуть створювати канали та вокселі з відтворюваною роздільною здатністю мікронного масштабу.Ця робота зосереджена на використанні спеціальних матеріалів для виділення цільових біомолекул.Попередня робота демонструє, що можна створити нові морфології капілярного змішування та поверхневих каналів для покращення можливостей розділення.Ця робота буде зосереджена на застосуванні доступних інструментів мікрообробки для проектування геометрії поверхні та каналів, які забезпечать покращене розділення та характеристику біологічних систем.Застосування цих систем відбуватиметься за підходом лабораторії на чіпі для цілей біодіагностики.Пристрої, виготовлені за цією розробленою технологією, будуть використовуватися в мікрофлюїдній лабораторії проекту на чіпі.Метою проекту є використання експериментального дизайну, оптимізації та методів моделювання для забезпечення прямого зв’язку між параметрами лазерної обробки та мікро- та нанорозмірними характеристиками каналів, а також використання цієї інформації для покращення каналів розділення в цих мікротехнологіях.Конкретні результати роботи включають: дизайн каналу та морфологію поверхні для покращення науки про розділення;монолітні ступені накачування та відсмоктування в інтегральних мікросхемах;розділення обраних і екстрагованих цільових біомолекул на інтегрованих чіпах.
Створення та контроль тимчасових температурних градієнтів і поздовжніх профілів вздовж капілярних LC-колонок за допомогою матриць Пельтьє та інфрачервоної термографії
Розроблено нову платформу прямого контакту для точного контролю температури капілярних колонок на основі використання послідовно розташованих індивідуально керованих термоелектричних комірок Пельтьє.Платформа забезпечує швидкий контроль температури для капілярних і мікроколонок РХ і дозволяє одночасне програмування часових і просторових температур.Платформа працює в діапазоні температур від 15 до 200 °C зі швидкістю наростання приблизно 400 °C/хв для кожної з 10 вирівняних комірок Пельтьє.Система була оцінена для кількох нестандартних режимів вимірювання на основі капілярів, таких як пряме застосування градієнтів температури з лінійними та нелінійними профілями, включаючи статичні градієнти температури стовпця та тимчасові градієнти температури, точні градієнти з контрольованою температурою, полімеризовані капілярні монолітні стаціонарні фази та виготовлення монолітних фаз у мікрофлюїдних каналах (на чіпі).Прилад можна використовувати зі стандартними та колонковими хроматографічними системами.
Електрогідродинамічне фокусування в двовимірному планарному мікрофлюїдному пристрої для попереднього концентрування малих аналітів
Ця робота включає електрогідродинамічне фокусування (EHDF) і передачу фотонів, щоб допомогти в розробці попереднього збагачення та ідентифікації видів.EHDF — це метод іонно-збалансованого фокусування, заснований на встановленні балансу між гідродинамічними й електричними силами, при якому цікаві іони стають нерухомими.У цьому дослідженні представлено новий метод із використанням 2D відкритого 2D плоского простору плоского мікрофлюїдного пристрою замість традиційної мікроканальної системи.Такі пристрої можуть попередньо концентрувати велику кількість речовин і відносно прості у виготовленні.Це дослідження представляє результати нещодавно розробленого моделювання з використанням COMSOL Multiphysics® 3.5a.Результати цих моделей порівнювали з експериментальними результатами, щоб перевірити визначені геометрії потоку та зони високої концентрації.Розроблена чисельна мікрофлюїдна модель була порівняна з раніше опублікованими експериментами, і результати були дуже послідовними.На основі цих симуляцій було досліджено новий тип судна, щоб забезпечити оптимальні умови для EHDF.Експериментальні результати з використанням чіпа перевершили продуктивність моделі.У виготовлених мікрофлюїдних чіпах спостерігався новий режим, званий бічним EGDP, коли досліджувана речовина була сфокусована перпендикулярно прикладеній напрузі.Оскільки виявлення та візуалізація є ключовими аспектами таких систем попереднього збагачення та ідентифікації видів.Представлені чисельні моделі та експериментальна перевірка поширення світла та розподілу інтенсивності світла у двовимірних мікрофлюїдних системах.Розроблена чисельна модель поширення світла була успішно перевірена експериментально як з точки зору фактичного шляху світла через систему, так і з точки зору розподілу інтенсивності, що дало результати, які можуть представляти інтерес для оптимізації систем фотополімеризації, а також для систем оптичної детекції. за допомогою капілярів..
Залежно від геометрії мікроструктури можуть використовуватися в телекомунікаціях, мікрофлюїдіці, мікросенсорах, сховищах даних, різанні скла та декоративному маркуванні.У цій роботі досліджено зв’язок між настройками параметрів лазерної системи Nd:YVO4 і CO2 та розміром і морфологією мікроструктур.Досліджувані параметри лазерної системи включають потужність P, частоту повторення імпульсів PRF, кількість імпульсів N і швидкість сканування U. Виміряні вихідні розміри включають еквівалентні діаметри вокселів, а також ширину мікроканалу, глибину та шорсткість поверхні.Було розроблено систему тривимірної мікрообробки з використанням лазера Nd:YVO4 (2,5 Вт, 1,604 мкм, 80 нс) для виготовлення мікроструктур всередині зразків полікарбонату.Мікроструктурні вокселі мають діаметр від 48 до 181 мкм.Система також забезпечує точне фокусування за допомогою об’єктивів мікроскопа для створення менших вокселів у діапазоні від 5 до 10 мкм у зразках вапняно-натрієвого скла, плавленого кремнезему та сапфіру.CO2-лазер (1,5 кВт, 10,6 мкм, мінімальна тривалість імпульсу 26 мкс) використовувався для створення мікроканалів у зразках вапняно-натрієвого скла.Форма поперечного перерізу мікроканалів сильно варіювалася між v-подібними борозенками, u-подібними борозенками та поверхневими ділянками абляції.Розміри мікроканалів також дуже різноманітні: від 81 до 365 мкм в ширину, від 3 до 379 мкм в глибину, а шорсткість поверхні від 2 до 13 мкм, в залежності від установки.Розміри мікроканалів досліджували відповідно до параметрів лазерної обробки з використанням методології поверхні відгуку (RSM) і дизайну експериментів (DOE).Зібрані результати були використані для вивчення впливу параметрів процесу на швидкість об’ємної та масової абляції.Крім того, була розроблена математична модель теплового процесу, яка допомагає зрозуміти процес і дозволяє передбачити топологію каналу до фактичного виготовлення.
Метрологічна галузь завжди шукає нові способи точного та швидкого дослідження та оцифровування топографії поверхні, включаючи обчислення параметрів шорсткості поверхні та створення хмар точок (набори тривимірних точок, що описують одну чи декілька поверхонь) для моделювання чи зворотного проектування.Системи існують, і популярність оптичних систем зросла за останнє десятиліття, але придбання та обслуговування більшості оптичних профайлерів є дорогими.Залежно від типу системи, оптичні профілювачі також можуть бути складними для розробки, а їх крихкість може бути непридатною для більшості цехових або фабричних застосувань.Цей проект охоплює розробку профілювача з використанням принципів оптичної тріангуляції.Розроблена система має площу скануючого столу 200 х 120 мм і діапазон вертикальних вимірювань 5 мм.Положення лазерного датчика над поверхнею мішені також регулюється на 15 мм.Розроблено програму керування для автоматичного сканування вибраних користувачем деталей і ділянок поверхні.Ця нова система характеризується точністю розмірів.Виміряна максимальна косинусна похибка системи становить 0,07°.Динамічна точність системи вимірюється на рівні 2 мкм по осі Z (висота) і близько 10 мкм по осях X і Y.Співвідношення розмірів відсканованих частин (монети, гвинти, шайби та матриці для волоконних лінз) було хорошим.Також буде обговорено тестування системи, включаючи обмеження профайлера та можливі покращення системи.
Метою цього проекту є розробка та характеристика нової оптичної високошвидкісної онлайн-системи для перевірки поверхневих дефектів.Система керування заснована на принципі оптичної тріангуляції та забезпечує безконтактний метод визначення тривимірного профілю дифузних поверхонь.Основні компоненти системи розробки включають діодний лазер, камеру CCf15 CMOS і два серводвигуни, керовані ПК.Переміщення зразка, захоплення зображення та 3D-профілювання поверхні програмуються в програмному забезпеченні LabView.Перевірку отриманих даних можна полегшити, створивши програму для віртуального візуалізації 3D-відсканованої поверхні та обчислення необхідних параметрів шорсткості поверхні.Серводвигуни використовуються для переміщення зразка в напрямках X і Y з роздільною здатністю 0,05 мкм.Розроблений безконтактний онлайн-профайлер поверхні може виконувати швидке сканування та перевірку поверхні з високою роздільною здатністю.Розроблена система успішно використовується для створення автоматичних 2D профілів поверхні, 3D профілів поверхні та вимірювання шорсткості поверхні на поверхні різних зразків матеріалів.Обладнання для автоматизованого контролю має зону сканування XY 12 х 12 мм.Щоб охарактеризувати та відкалібрувати розроблену систему профілювання, профіль поверхні, виміряний системою, порівнювався з тією ж поверхнею, виміряною за допомогою оптичного мікроскопа, бінокулярного мікроскопа, AFM і Mitutoyo Surftest-402.
Вимоги до якості виробів і використовуваних у них матеріалів стають все більш вимогливими.Вирішенням багатьох проблем візуального забезпечення якості (QA) є використання автоматизованих систем перевірки поверхні в режимі реального часу.Це вимагає однорідної якості продукції при високій продуктивності.Тому потрібні системи, здатні на 100% тестувати матеріали та поверхні в реальному часі.Для досягнення цієї мети поєднання лазерної технології та технології комп’ютерного керування забезпечує ефективне рішення.У цій роботі розроблено високошвидкісну, недорогу та високоточну систему безконтактного лазерного сканування.Система здатна вимірювати товщину твердих непрозорих об'єктів за принципом лазерної оптичної тріангуляції.Розроблена система забезпечує точність і відтворюваність вимірювань на мікрометричному рівні.
Метою цього проекту є проектування та розробка системи лазерного контролю для виявлення поверхневих дефектів та оцінка її потенціалу для високошвидкісних інлайн-додатків.Основними компонентами системи детектування є лазерний діодний модуль як джерело освітлення, КМОП-камера з випадковим доступом як блок детектування та каскад трансляції XYZ.Розроблено алгоритми аналізу даних, отриманих при скануванні різних поверхонь зразків.Система управління заснована на принципі оптичної тріангуляції.Лазерний промінь падає на поверхню зразка похило.Потім різницю у висоті поверхні приймають як горизонтальний рух лазерної плями над поверхнею зразка.Це дозволяє проводити вимірювання висоти за допомогою методу тріангуляції.Розроблена система виявлення спочатку калібрується для отримання коефіцієнта перетворення, який буде відображати співвідношення між зміщенням точки, виміряним датчиком, і вертикальним зміщенням поверхні.Експерименти проводились на різних поверхнях матеріалів зразків: латуні, алюмінію та нержавіючої сталі.Розроблена система здатна точно формувати 3D топографічну карту дефектів, які виникають під час експлуатації.Було досягнуто просторової роздільної здатності близько 70 мкм і роздільної здатності по глибині 60 мкм.Продуктивність системи також перевіряється шляхом вимірювання точності виміряних відстаней.
Високошвидкісні волоконно-лазерні системи сканування використовуються в автоматизованих промислових виробничих середовищах для виявлення поверхневих дефектів.Більш сучасні методи виявлення поверхневих дефектів включають використання оптичних волокон для освітлення та виявлення компонентів.Ця дисертація включає проектування та розробку нової високошвидкісної оптико-електронної системи.У цій статті досліджено два джерела світлодіодів: світлодіоди (світлодіоди) і лазерні діоди.Ряд з п'яти випромінюючих діодів і п'яти приймальних фотодіодів розташований навпроти один одного.Збір даних контролюється та аналізується ПК за допомогою програмного забезпечення LabVIEW.Система використовується для вимірювання розмірів поверхневих дефектів, таких як отвори (1 мм), глухі отвори (2 мм) і виїмки в різних матеріалах.Результати показують, що хоча система в основному призначена для 2D-сканування, вона також може працювати як обмежена система 3D-зображень.Система також показала, що всі вивчені металеві матеріали здатні відбивати інфрачервоні сигнали.Нещодавно розроблений метод із використанням масиву похилих волокон дозволяє системі досягати регульованої роздільної здатності з максимальною системною роздільною здатністю приблизно 100 мкм (діаметр збирального волокна).Система успішно використовується для вимірювання профілю поверхні, шорсткості поверхні, товщини та відбивної здатності різних матеріалів.За допомогою цієї системи можна перевіряти алюміній, нержавіючу сталь, латунь, мідь, туфнол і полікарбонат.Перевагами цієї нової системи є швидше виявлення, менша вартість, менший розмір, вища роздільна здатність і гнучкість.
Проектуйте, створюйте та тестуйте нові системи для інтеграції та розгортання нових технологій датчиків навколишнього середовища.Особливо підходить для моніторингу фекальних бактерій
Модифікація мікронаноструктури кремнієвих сонячних фотоелектричних панелей для покращення енергопостачання
Одним із головних інженерних викликів, з якими сьогодні стикається світове суспільство, є стале енергопостачання.Настав час суспільству почати значною мірою покладатися на відновлювані джерела енергії.Сонце забезпечує землю безкоштовною енергією, але сучасні методи використання цієї енергії у вигляді електрики мають деякі обмеження.У випадку з фотоелементами основною проблемою є недостатня ефективність збору сонячної енергії.Лазерна мікрообробка зазвичай використовується для створення з’єднань між фотоелектричними активними шарами, такими як скляні підкладки, гідрогенізований кремній і шари оксиду цинку.Також відомо, що більше енергії можна отримати, збільшуючи площу поверхні сонячної батареї, наприклад, шляхом мікромеханічної обробки.Було показано, що нанорозмірні деталі профілю поверхні впливають на ефективність поглинання енергії сонячними елементами.Метою цієї статті є дослідження переваг адаптації мікро-, нано- та мезомасштабних структур сонячних елементів для забезпечення більшої потужності.Варіювання технологічних параметрів таких мікроструктур і наноструктур дозволить вивчити їх вплив на топологію поверхні.Клітини будуть перевірені на енергію, яку вони виробляють під впливом експериментально контрольованих рівнів електромагнітного світла.Буде встановлено прямий зв'язок між ефективністю клітини та текстурою поверхні.
Металеві матричні композити (MMC) швидко стають головними кандидатами на роль конструкційних матеріалів у техніці та електроніці.Алюміній (Al) і мідь (Cu), посилені SiC завдяки своїм чудовим термічним властивостям (наприклад, низький коефіцієнт теплового розширення (КТР), висока теплопровідність) і покращеним механічним властивостям (наприклад, вища питома міцність, кращі характеристики).Він широко використовується в різних галузях промисловості для зносостійкості та питомого модуля.Останнім часом ці висококерамічні ММС стали ще однією тенденцією для програм контролю температури в електронних корпусах.Як правило, у корпусах силових пристроїв алюміній (Al) або мідь (Cu) використовується як радіатор або базова пластина для з’єднання з керамічною підкладкою, яка несе мікросхему та відповідні контактні структури.Велика різниця в коефіцієнті теплового розширення (CTE) між керамікою та алюмінієм або міддю є недоліком, оскільки вона знижує надійність упаковки, а також обмежує розмір керамічної підкладки, яку можна прикріпити до підкладки.
Враховуючи цей недолік, тепер можна розробляти, досліджувати та характеризувати нові матеріали, які відповідають цим вимогам для термічно покращених матеріалів.Завдяки покращеній теплопровідності та коефіцієнту теплового розширення (КТР) MMC CuSiC і AlSiC тепер є життєздатними рішеннями для упаковки електроніки.У цій роботі буде оцінено унікальні теплофізичні властивості цих ММС та їх можливі застосування для управління температурою електронних пакетів.
Нафтові компанії відчувають значну корозію в зоні зварювання систем нафтогазової промисловості з вуглецевих і низьколегованих сталей.У середовищах, що містять CO2, пошкодження від корозії зазвичай пояснюють відмінностями в міцності захисних плівок від корозії, нанесених на різні мікроструктури вуглецевої сталі.Локальна корозія в металі шва (МШ) і зоні термічного впливу (ЗТВ) в основному зумовлена гальванічними ефектами через відмінності в складі та мікроструктурі сплаву.Мікроструктурні характеристики основного металу (PM), WM і HAZ були досліджені, щоб зрозуміти вплив мікроструктури на корозійну поведінку зварних з’єднань з м’якої сталі.Випробування на корозію проводили в 3,5% розчині NaCl, насиченому СО2, у деоксигенованих умовах при кімнатній температурі (20±2°C) і pH 4,0±0,3.Характеристику корозійної поведінки проводили за допомогою електрохімічних методів визначення потенціалу відкритого ланцюга, потенціодинамічного сканування та лінійного поляризаційного опору, а також загальної металографічної характеристики за допомогою оптичної мікроскопії.Основними виявленими морфологічними фазами є голчастий ферит, залишковий аустеніт і мартенситно-бейнітна структура WM.У ЗТВ вони зустрічаються рідше.У PM, VM та HAZ було виявлено значну різницю в електрохімічній поведінці та швидкості корозії.
Робота, охоплена цим проектом, спрямована на підвищення електричної ефективності заглибних насосів.Вимоги до промисловості насосів щодо руху в цьому напрямку нещодавно зросли із запровадженням нового законодавства ЄС, яке вимагає від галузі в цілому досягнення нових і вищих рівнів ефективності.У цьому документі аналізується використання охолоджувальної сорочки для охолодження області соленоїда насоса та пропонуються вдосконалення конструкції.Зокрема, охарактеризовано рух рідини та теплообмін в сорочках охолодження діючих насосів.Удосконалення конструкції кожуха забезпечить кращу передачу тепла в зону двигуна насоса, що призведе до підвищення ефективності насоса при одночасному зниженні індукованого опору.Для цієї роботи до існуючого випробувального резервуару об’ємом 250 м3 було додано випробувальну систему насоса, встановлену на сухому котлі.Це дозволяє високошвидкісну камеру стежити за полем потоку та тепловим зображенням корпусу насоса.Поле потоку, підтверджене аналізом CFD, дозволяє експериментувати, тестувати та порівнювати альтернативні конструкції, щоб підтримувати робочі температури якомога нижче.Оригінальна конструкція полюсного насоса M60-4 витримувала максимальну зовнішню температуру корпусу насоса 45°C і максимальну температуру статора 90°C.Аналіз різних конструкцій моделей показує, які конструкції більш корисні для більш ефективних систем, а які не слід використовувати.Зокрема, конструкція вбудованої охолоджувальної котушки не покращилася в порівнянні з оригінальною конструкцією.Збільшення кількості лопатей робочого колеса з чотирьох до восьми знизило робочу температуру, виміряну на корпусі, на сім градусів за Цельсієм.
Поєднання високої щільності потужності та скороченого часу впливу при обробці металу призводить до зміни мікроструктури поверхні.Отримання оптимального поєднання параметрів лазерного процесу та швидкості охолодження має вирішальне значення для зміни структури зерна та покращення трибологічних властивостей на поверхні матеріалу.Основною метою цього дослідження було дослідити вплив швидкої імпульсної лазерної обробки на трибологічні властивості комерційно доступних металевих біоматеріалів.Дана робота присвячена лазерній модифікації поверхні нержавіючої сталі AISI 316L та Ti-6Al-4V.Імпульсний CO2-лазер потужністю 1,5 кВт використовувався для вивчення впливу різних параметрів лазерного процесу та результуючої мікроструктури та морфології поверхні.За допомогою циліндричного зразка, повернутого перпендикулярно напрямку лазерного випромінювання, змінювали інтенсивність лазерного випромінювання, час експозиції, щільність потоку енергії та тривалість імпульсу.Характеристику проводили за допомогою SEM, EDX, вимірювань шорсткості голки та XRD-аналізу.Також була реалізована модель прогнозування температури поверхні для встановлення початкових параметрів експериментального процесу.Потім було проведено картографування процесу для визначення ряду конкретних параметрів для лазерної обробки поверхні розплавленої сталі.Існує сильна кореляція між освітленістю, часом експозиції, глибиною обробки та шорсткістю обробленого зразка.Збільшення глибини та шорсткості мікроструктурних змін було пов’язано з вищими рівнями впливу та часом впливу.Аналізуючи шорсткість і глибину обробленої ділянки, моделі потоку енергії та температури поверхні використовуються для прогнозування ступеня плавлення, яке відбудеться на поверхні.Із збільшенням часу взаємодії лазерного променя шорсткість поверхні сталі збільшується для різних досліджуваних рівнів енергії імпульсу.У той час як спостерігалося, що структура поверхні зберігає нормальне вирівнювання кристалів, зміни в орієнтації зерен спостерігалися в зонах, оброблених лазером.
Аналіз і характеристика стресової поведінки тканини та її наслідки для дизайну каркасу
У цьому проекті було розроблено декілька різних геометрій шаффолда та виконано аналіз кінцевих елементів, щоб зрозуміти механічні властивості кісткової структури, їхню роль у розвитку тканини та максимальний розподіл напруги та деформації в скаффолді.Комп’ютерна томографія (КТ) зразків трабекулярної кістки була зібрана на додаток до каркасних структур, розроблених за допомогою CAD.Ці конструкції дозволяють створювати та тестувати прототипи, а також виконувати КЕМ цих конструкцій.Механічні вимірювання мікродеформацій проводили на виготовлених скаффолдах і трабекулярних зразках головки стегнової кістки, і ці результати порівнювали з результатами, отриманими FEA для тих самих структур.Вважається, що механічні властивості залежать від розробленої форми (структури) пор, розміру пор (120, 340 і 600 мкм) і умов навантаження (з або без блоків навантаження).Зміни цих параметрів досліджено для пористих каркасів 8 мм3, 22,7 мм3 та 1000 мм3 з метою комплексного вивчення їх впливу на розподіл напружень.Результати експериментів і моделювання показують, що геометричний дизайн конструкції відіграє важливу роль у розподілі напруги, і підкреслюють великий потенціал конструкції каркаса для покращення регенерації кістки.Як правило, розмір пор є важливішим, ніж рівень пористості, для визначення загального максимального рівня напруги.Однак рівень пористості також важливий для визначення остеопровідності каркасних структур.Оскільки рівень пористості збільшується від 30% до 70%, максимальне значення напруги значно збільшується для того самого розміру пор.
Розмір пор скелета також важливий для методу виготовлення.Усі сучасні методи швидкого прототипування мають певні обмеження.Хоча звичайне виготовлення є більш універсальним, більш складні та менші конструкції часто неможливо виготовити.Більшість із цих технологій наразі номінально нездатні стабільно виробляти пори менше 500 мкм.Таким чином, результати з розміром пор 600 мкм у цій роботі найбільше відповідають виробничим можливостям сучасних технологій швидкого виробництва.Представлена гексагональна структура, хоча і розглядається лише в одному напрямку, буде найбільш анізотропною структурою порівняно зі структурами, заснованими на кубі та трикутнику.Кубічні та трикутні структури є відносно ізотропними порівняно з гексагональними структурами.Анізотропія важлива при розгляді остеопровідності розробленого каркаса.Розподіл напруги та розташування отвору впливають на процес реконструкції, а різні умови навантаження можуть змінити максимальне значення напруги та його розташування.Переважний напрямок завантаження має сприяти розміру пор і розподілу, щоб дозволити клітинам рости в більші пори і забезпечувати поживними речовинами та будівельними матеріалами.Інший цікавий висновок цієї роботи, досліджуючи розподіл напруги в поперечному перерізі стовпів, полягає в тому, що більш високі значення напруги фіксуються на поверхні стовпів порівняно з центром.У цій роботі було показано, що розмір пор, рівень пористості та метод навантаження тісно пов’язані з рівнями напруги, які відчуває структура.Ці знахідки демонструють можливість створення опорних структур, у яких рівні напруги на поверхні стійки можуть змінюватися в більшій мірі, що може сприяти прикріпленню та росту клітин.
Скаффолди із синтетичних кісткових замінників дають можливість індивідуально налаштовувати властивості, подолати обмежену доступність донорів і покращити остеоінтеграцію.Кісткова інженерія спрямована на вирішення цих проблем, надаючи високоякісні трансплантати, які можна постачати у великих кількостях.У цих застосуваннях як внутрішня, так і зовнішня геометрія каркаса мають велике значення, оскільки вони мають значний вплив на механічні властивості, проникність і проліферацію клітин.Технологія швидкого прототипування дозволяє використовувати нестандартні матеріали із заданою оптимізованою геометрією, виготовлені з високою точністю.У цій статті досліджується здатність методів 3D-друку створювати складні геометрії скелетних каркасів з використанням біосумісних матеріалів на основі фосфату кальцію.Попередні дослідження запатентованого матеріалу показують, що прогнозована спрямована механічна поведінка може бути досягнута.Фактичні вимірювання спрямованих механічних властивостей виготовлених зразків показали ті ж тенденції, що й результати аналізу кінцевих елементів (FEM).Ця робота також демонструє доцільність 3D-друку для виготовлення каркасів геометрії тканинної інженерії з біосумісного кальцієво-фосфатного цементу.Каркаси виготовляли шляхом друкування водним розчином динатрію гідрофосфату на порошковому шарі, що складається з гомогенної суміші кальцію гідрофосфату та кальцію гідроксиду.Реакція вологого хімічного осадження відбувається в шарі порошку 3D-принтера.Тверді зразки були виготовлені для вимірювання механічних властивостей об'ємного стиснення виготовленого кальцієво-фосфатного цементу (CPC).Виготовлені таким чином деталі мали середній модуль пружності 3,59 МПа і середню міцність на стиск 0,147 МПа.Спікання призводить до значного підвищення компресійних властивостей (E = 9,15 МПа, σt = 0,483 МПа), але зменшує питому поверхню матеріалу.В результаті спікання кальцій-фосфатний цемент розкладається на β-трикальційфосфат (β-TCP) і гідроксиапатит (HA), що підтверджено даними термогравіметричного та диференційно-термічного аналізу (ТГА/ДТА) та рентгеноструктурного аналізу ( XRD).властивості недостатні для високонавантажених імплантатів, де необхідна міцність становить від 1,5 до 150 МПа, а жорсткість на стиск перевищує 10 МПа.Однак подальша додаткова обробка, така як інфільтрація біорозкладаними полімерами, може зробити ці структури придатними для застосування стентів.
Мета: Дослідження в галузі механіки ґрунту показали, що вібрація, застосована до заповнювачів, призводить до більш ефективного вирівнювання частинок і зменшення енергії, необхідної для дії на заповнювач.Нашою метою була розробка методу впливу вібрації на процес здавлення кістки та оцінка її впливу на механічні властивості імпактованих трансплантатів.
Фаза 1: Подрібнення 80 голів стегнової кістки великої рогатої худоби за допомогою млина Noviomagus.Потім трансплантати промивали за допомогою імпульсної системи промивання сольовим розчином на ситовому лотку.Розроблено віброударний пристрій, оснащений двома двигунами постійного струму 15 В з ексцентриками, закріпленими всередині металевого циліндра.Киньте на нього тягарець із заданої висоти 72 рази, щоб відтворити процес удару об кістку.Випробовувався діапазон частот вібрації, виміряний акселерометром, встановленим у вібраційній камері.Кожне випробування на зсув потім було повторено при чотирьох різних нормальних навантаженнях, щоб отримати серію кривих напруга-деформація.Для кожного випробування були побудовані контури руйнування Мора-Кулона, з яких були отримані значення міцності на зсув і блокування.
Фаза 2: повторіть експеримент, додавши кров, щоб відтворити насичене середовище, яке зустрічається в хірургічних умовах.
Етап 1: трансплантати з підвищеною вібрацією на всіх частотах вібрації продемонстрували вищу міцність на зсув порівняно з ударом без вібрації.Вібрація з частотою 60 Гц мала найбільший вплив і була значною.
Етап 2: щеплення з додатковим вібраційним впливом у насичених заповнювачах продемонструвало нижчу міцність на зсув для всіх нормальних стискаючих навантажень, ніж удар без вібрації.
Висновок: Принципи цивільної інженерії застосовні до імплантації імплантованої кістки.У сухих заповнювачах додавання вібрації може покращити механічні властивості ударних частинок.У нашій системі оптимальна частота вібрації становить 60 Гц.У насичених заповнювачах посилення вібрації негативно впливає на міцність заповнювача на зсув.Це можна пояснити процесом розрідження.
Метою цієї роботи було розробити, побудувати та випробувати систему, яка може заважати суб’єктам, що стоять на ній, щоб оцінити їх здатність реагувати на ці зміни.Це можна зробити, швидко нахиливши поверхню, на якій стоїть людина, а потім повернувши її в горизонтальне положення.З цього можна визначити, чи змогли випробувані підтримувати стан рівноваги і скільки часу їм знадобилося, щоб відновити цей стан рівноваги.Цей стан рівноваги буде визначено шляхом вимірювання постурального впливу суб’єкта.Їхнє природне постуральне коливання було виміряно за допомогою панелі профілю тиску стопи, щоб визначити, наскільки сильно було коливання під час тесту.Система також розроблена так, щоб бути більш універсальною та доступною, ніж зараз комерційно доступна, оскільки, хоча ці машини є важливими для досліджень, вони зараз не використовуються широко через їх високу вартість.Нещодавно розроблена система, представлена в цій статті, використовувалася для переміщення тестових об’єктів вагою до 100 кг.
У цій роботі шість лабораторних експериментів з інженерних та фізичних наук були розроблені для покращення процесу навчання студентів.Це досягається шляхом встановлення та створення віртуальних інструментів для цих експериментів.Використання віртуальних інструментів безпосередньо порівнюється з традиційними лабораторними методами навчання, а також обговорюється основа для розвитку обох підходів.Попередня робота з використанням комп’ютерного навчання (CBL) у подібних проектах, пов’язаних із цією роботою, була використана для оцінки деяких переваг віртуальних інструментів, особливо тих, що стосуються підвищення інтересу студентів, збереження пам’яті, розуміння та, зрештою, лабораторних звітів..пов'язані переваги.Віртуальний експеримент, який обговорюється в цьому дослідженні, є переглянутою версією експерименту традиційного стилю і, таким чином, забезпечує пряме порівняння нової техніки CBL з лабораторією традиційного стилю.Концептуальної різниці між двома варіантами експерименту немає, різниця лише в способі його подачі.Ефективність цих методів CBL оцінювалася шляхом спостереження за роботою студентів, які використовують віртуальний інструмент, порівняно з іншими студентами в тому ж класі, що виконують традиційний експериментальний режим.Усі студенти оцінюються шляхом подання звітів, запитань з кількома варіантами відповідей, пов’язаних із їхніми експериментами, та анкет.Результати цього дослідження також порівнювали з іншими спорідненими дослідженнями в галузі CBL.
Час публікації: 19 лютого 2023 р