Cílem této práce je vyvinout automatizovaný proces laserového zpracování s vysokou rozměrovou přesností a předem stanovenými provozními náklady.Tato práce zahrnuje analýzu velikostních a nákladových predikčních modelů pro laserovou výrobu interních Nd:YVO4 mikrokanálů v PMMA a interní laserové zpracování polykarbonátu pro výrobu mikrofluidních zařízení.K dosažení těchto cílů projektu ANN a DoE porovnaly velikost a cenu CO2 a Nd:YVO4 laserových systémů.Je implementována kompletní implementace zpětnovazebního řízení se submikronovou přesností lineárního polohování se zpětnou vazbou z kodéru.Zejména automatizace laserového záření a polohování vzorků je řízeno FPGA.Hluboká znalost operačních postupů a softwaru systému Nd:YVO4 umožnila nahrazení řídicí jednotky programovatelným automatizačním ovladačem Compact-Rio (PAC), čehož bylo dosaženo v kroku High Resolution Feedback 3D Positioning u LabVIEW Code Control Submicron Encoders. .Plná automatizace tohoto procesu v kódu LabVIEW je ve vývoji.Současná a budoucí práce zahrnují měření rozměrové přesnosti, přesnosti a reprodukovatelnosti konstrukčních systémů a související optimalizaci geometrie mikrokanálů pro mikrofluidní a laboratorní výrobu zařízení na čipu pro chemické/analytické aplikace a separační vědu.
Četné aplikace lisovaných dílů z polotvrdého kovu (SSM) vyžadují vynikající mechanické vlastnosti.Vynikající mechanické vlastnosti, jako je odolnost proti opotřebení, vysoká pevnost a tuhost, závisí na mikrostrukturních vlastnostech vytvořených ultrajemnou velikostí zrna.Tato velikost zrna obvykle závisí na optimální zpracovatelnosti SSM.Odlitky SSM však často obsahují zbytkovou poréznost, která extrémně škodí výkonu.V této práci budou prozkoumány důležité procesy lisování polotvrdých kovů pro získání kvalitnějších dílů.Tyto části by měly mít sníženou poréznost a zlepšené mikrostrukturální charakteristiky, včetně ultrajemné velikosti zrna a rovnoměrné distribuce tvrdnoucích precipitátů a legujícího složení mikroprvků.Zejména bude analyzován vliv metody časově-teplotní předúpravy na vývoj požadované mikrostruktury.Budou zkoumány vlastnosti vyplývající ze zlepšení hmotnosti, jako je zvýšení pevnosti, tvrdosti a tuhosti.
Tato práce je studiem laserové modifikace povrchu nástrojové oceli H13 pomocí pulzního režimu laserového zpracování.Provedený počáteční plán experimentálního screeningu vedl k podrobnějšímu optimalizovanému plánu.Je použit oxid uhličitý (CO2) laser s vlnovou délkou 10,6 µm.V experimentálním plánu studie byly použity laserové body tří různých velikostí: 0,4, 0,2 a 0,09 mm v průměru.Dalšími ovladatelnými parametry jsou špičkový výkon laseru, frekvence opakování pulzů a překrytí pulzů.Plynný argon o tlaku 0,1 MPa neustále napomáhá laserovému zpracování.Vzorek H13 byl před zpracováním zdrsněn a chemicky leptán, aby se zvýšila povrchová absorpce při vlnové délce CO2 laseru.Laserem upravené vzorky byly připraveny pro metalografické studie a byly charakterizovány jejich fyzikální a mechanické vlastnosti.Metalografické studie a analýzy chemického složení byly provedeny pomocí rastrovací elektronové mikroskopie v kombinaci s energeticky disperzní rentgenovou spektrometrií.Krystalinita a fázová detekce modifikovaného povrchu byla provedena pomocí XRD systému s Cu Ka zářením a vlnovou délkou 1,54 Á.Profil povrchu se měří pomocí systému profilování stylusu.Vlastnosti tvrdosti upravených povrchů byly měřeny diamantovou mikroindentací Vickers.Vliv drsnosti povrchu na únavové vlastnosti modifikovaných povrchů byl studován pomocí speciálně vyrobeného systému tepelné únavy.Bylo pozorováno, že je možné získat modifikovaná povrchová zrna s ultrajemnými velikostmi menšími než 500 nm.U laserem ošetřených vzorků H13 bylo dosaženo zlepšené hloubky povrchu v rozsahu 35 až 150 µm.Krystalinita upraveného povrchu H13 je výrazně snížena, což je spojeno s náhodnou distribucí krystalitů po laserovém ošetření.Minimální korigovaná průměrná drsnost povrchu H13 Ra je 1,9 µm.Dalším důležitým objevem je, že tvrdost upraveného povrchu H13 se pohybuje od 728 do 905 HV0,1 při různých nastaveních laseru.Byl stanoven vztah mezi výsledky tepelné simulace (rychlosti ohřevu a ochlazování) a výsledky tvrdosti, aby bylo možné lépe porozumět vlivu parametrů laseru.Tyto výsledky jsou důležité pro vývoj metod povrchového kalení pro zlepšení odolnosti proti opotřebení a tepelně stínící povlaky.
Parametrické dopadové vlastnosti pevných sportovních míčů za účelem vývoje typických jader pro GAA sliotar
Hlavním cílem této studie je charakterizovat dynamické chování jádra sliotaru při nárazu.Viskoelastické charakteristiky míče byly provedeny pro řadu nárazových rychlostí.Moderní polymerové kuličky jsou citlivé na rychlost deformace, zatímco tradiční vícesložkové kuličky jsou na deformaci závislé.Nelineární viskoelastická odezva je definována dvěma hodnotami tuhosti: počáteční tuhostí a objemovou tuhostí.Tradiční míče jsou 2,5krát tužší než moderní míče, v závislosti na rychlosti.Vyšší rychlost nárůstu tuhosti konvenčních míčků vede k nelineárnějšímu COR oproti rychlosti ve srovnání s moderními míčky.Výsledky dynamické tuhosti ukazují omezenou použitelnost kvazistatických zkoušek a rovnic teorie pružin.Analýza chování kulové deformace ukazuje, že posunutí těžiště a diametrální stlačení nejsou konzistentní pro všechny typy koulí.Prostřednictvím rozsáhlých prototypových experimentů byl zkoumán vliv výrobních podmínek na výkon míče.Výrobní parametry teploty, tlaku a materiálového složení se měnily pro výrobu řady kuliček.Tvrdost polymeru ovlivňuje tuhost, ale ne rozptyl energie, zvýšení tuhosti zvyšuje tuhost míče.Nukleační přísady ovlivňují reaktivitu kuličky, zvýšení množství přísad vede ke snížení reaktivity kuličky, ale tento efekt je citlivý na kvalitu polymeru.Numerická analýza byla provedena pomocí tří matematických modelů pro simulaci odezvy míče na dopad.První model se ukázal být schopen reprodukovat chování míče pouze v omezené míře, ačkoli byl dříve úspěšně použit na jiných typech míčů.Druhý model ukázal přiměřenou reprezentaci odezvy na dopad míče, která byla obecně použitelná pro všechny testované typy míčů, ale přesnost předpovědi odezvy síla-posunutí nebyla tak vysoká, jak by bylo vyžadováno pro implementaci ve velkém měřítku.Třetí model vykazoval výrazně lepší přesnost při simulaci odezvy míče.Hodnoty síly generované modelem pro tento model jsou z 95 % v souladu s experimentálními daty.
Tato práce dosáhla dvou hlavních cílů.Jedním je návrh a výroba vysokoteplotního kapilárního viskozimetru a druhým je simulace toku polotuhého kovu, která pomáhá při návrhu a poskytuje data pro účely srovnání.Byl postaven vysokoteplotní kapilární viskozimetr a použit pro počáteční testování.Zařízení bude sloužit k měření viskozity polotvrdých kovů za podmínek vysokých teplot a smykových rychlostí podobných těm, které se používají v průmyslu.Kapilární viskozimetr je jednobodový systém, který dokáže vypočítat viskozitu měřením průtoku a poklesu tlaku přes kapiláru, protože viskozita je přímo úměrná poklesu tlaku a nepřímo úměrná průtoku.Kritéria návrhu zahrnují požadavky na dobře řízenou teplotu až do 800 °C, smykové rychlosti vstřikování nad 10 000 s-1 a řízené profily vstřikování.Pomocí softwaru FLUENT pro výpočetní dynamiku tekutin (CFD) byl vyvinut dvourozměrný dvoufázový teoretický časově závislý model.To bylo použito pro hodnocení viskozity polotuhých kovů, když procházejí navrženým kapilárním viskozimetrem při rychlostech vstřikování 0,075, 0,5 a 1 m/s.Byl také zkoumán vliv frakce kovových pevných látek (fs) od 0,25 do 0,50.U rovnice mocniny viskozity použité k vývoji modelu Fluent byla zaznamenána silná korelace mezi těmito parametry a výslednou viskozitou.
Tento článek zkoumá vliv procesních parametrů na výrobu Al-SiC kompozitů s kovovou matricí (MMC) v procesu dávkového kompostování.Studované parametry procesu zahrnovaly rychlost míchadla, dobu míchání, geometrii míchadla, polohu míchadla, teplotu kovové kapaliny (viskozitu).Byly provedeny vizuální simulace při pokojové teplotě (25±C), počítačové simulace a ověřovací testy pro výrobu MMC Al-SiC.Ve vizuálních a počítačových simulacích byly k reprezentaci kapalného a polotuhého hliníku použity voda a glycerin/voda.Byly zkoumány účinky viskozit 1, 300, 500, 800 a 1000 mPa s a rychlosti míchání 50, 100, 150, 200, 250 a 300 ot./min.10 rolí za kus.% vyztužených částic SiC, podobných těm, které se používají v hliníkovém MMK, bylo použito ve vizualizačních a výpočtových testech.Zobrazovací testy byly prováděny v kádinkách z čirého skla.Výpočtové simulace byly provedeny pomocí Fluent (program CFD) a volitelného balíčku MixSim.To zahrnuje 2D osově symetrickou vícefázovou časově závislou simulaci výrobních cest pomocí eulerovského (granulárního) modelu.Byla stanovena závislost doby disperze částic, doby usazování a výšky víru na geometrii míchání a rychlosti otáčení míchadla.Pro míchadlo s lopatkami °at bylo zjištěno, že úhel lopatky 60 stupňů je vhodnější pro rychlé získání rovnoměrné disperze částic.Jako výsledek těchto testů bylo zjištěno, že pro získání rovnoměrné distribuce SiC byla rychlost míchání 150 ot./min pro systém voda-SiC a 300 ot./min. pro systém glycerol/voda-SiC.Bylo zjištěno, že zvýšení viskozity z 1 mPa·s (pro tekutý kov) na 300 mPa·s (pro polotuhý kov) mělo obrovský dopad na dobu disperze a depozice SiC.Další zvýšení z 300 mPa·s na 1000 mPa·s má však na tuto dobu malý vliv.Významná část této práce zahrnovala návrh, konstrukci a ověření specializovaného licího stroje pro rychlé vytvrzování pro tuto vysokoteplotní metodu zpracování.Stroj se skládá z míchadla se čtyřmi plochými lopatkami pod úhlem 60 stupňů a kelímku v komoře pece s odporovým ohřevem.Součástí instalace je akční člen, který rychle uhasí zpracovávanou směs.Toto zařízení se používá pro výrobu Al-SiC kompozitních materiálů.Obecně byla nalezena dobrá shoda mezi vizualizací, výpočtem a výsledky experimentálních testů.
Existuje mnoho různých technik rychlého prototypování (RP), které byly vyvinuty pro použití ve velkém měřítku hlavně v posledním desetiletí.Systémy rychlého prototypování, které jsou dnes komerčně dostupné, využívají různé technologie využívající papír, vosk, světlem tuhnoucí pryskyřice, polymery a nové kovové prášky.Projekt zahrnoval metodu rychlého prototypování, Fused Deposition Modeling, poprvé komercializovanou v roce 1991. V této práci byla vyvinuta a použita nová verze systému pro modelování navařováním pomocí vosku.Tento projekt popisuje základní návrh systému a metodu nanášení vosku.Stroje FDM vytvářejí díly vytlačováním poloroztaveného materiálu na platformu v předem určeném vzoru prostřednictvím vyhřívaných trysek.Vytlačovací tryska je namontována na XY stole řízeném počítačovým systémem.V kombinaci s automatickým ovládáním plunžrového mechanismu a polohy nakladače jsou vyráběny přesné modely.Jednotlivé vrstvy vosku jsou naskládány na sebe a vytvářejí 2D a 3D objekty.Vlastnosti vosku byly také analyzovány za účelem optimalizace výrobního procesu modelů.Patří mezi ně teplota fázového přechodu vosku, viskozita vosku a tvar voskové kapky během zpracování.
Během posledních pěti let výzkumné týmy na City University Dublin Division Science Cluster vyvinuly dva procesy laserového mikroobrábění, které dokážou vytvářet kanály a voxely s reprodukovatelným rozlišením v mikronovém měřítku.Těžištěm této práce je použití vlastních materiálů k izolaci cílových biomolekul.Předběžné práce ukazují, že lze vytvořit nové morfologie kapilárního míšení a povrchových kanálků pro zlepšení separačních schopností.Tato práce se zaměří na aplikaci dostupných nástrojů pro mikroobrábění k navrhování povrchových geometrií a kanálů, které poskytnou zlepšenou separaci a charakterizaci biologických systémů.Aplikace těchto systémů se bude řídit přístupem „lab-on-a-chip“ pro biodiagnostické účely.Zařízení vyrobená pomocí této vyvinuté technologie budou použita v mikrofluidní laboratoři projektu na čipu.Cílem projektu je pomocí experimentálních návrhových, optimalizačních a simulačních technik poskytnout přímý vztah mezi parametry laserového zpracování a charakteristikami kanálů v mikro a nanoměřítku a využít tyto informace ke zlepšení separačních kanálů v těchto mikrotechnologiích.Mezi konkrétní výstupy práce patří: návrh kanálů a morfologie povrchu pro zlepšení separační vědy;monolitické stupně čerpání a extrakce v integrovaných čipech;separace vybraných a extrahovaných cílových biomolekul na integrovaných čipech.
Generování a řízení časových teplotních gradientů a podélných profilů podél kapilárních LC kolon pomocí Peltierových polí a infračervené termografie
Nová platforma přímého kontaktu pro přesné řízení teploty kapilárních kolon byla vyvinuta na základě použití sériově uspořádaných individuálně řízených termoelektrických Peltierových článků.Platforma poskytuje rychlou regulaci teploty pro kapilární a mikro LC kolony a umožňuje současné programování časových a prostorových teplot.Platforma pracuje v teplotním rozsahu 15 až 200 °C s rychlostí náběhu přibližně 400 °C/min pro každý z 10 zarovnaných Peltierových článků.Systém byl hodnocen pro několik nestandardních režimů měření na bázi kapilár, jako je přímá aplikace teplotních gradientů s lineárními a nelineárními profily, včetně statických teplotních gradientů kolony a dočasných teplotních gradientů, přesné teplotně řízené gradienty, polymerizované kapilární monolitické stacionární fáze a výroba monolitických fází v mikrofluidních kanálech (na čipu).Přístroj lze použít se standardními a sloupcovými chromatografickými systémy.
Elektrohydrodynamická fokusace ve dvourozměrném planárním mikrofluidním zařízení pro prekoncentraci malých analytů
Tato práce zahrnuje elektrohydrodynamickou fokusaci (EHDF) a přenos fotonů na pomoc při vývoji předběžného obohacování a identifikace druhů.EHDF je iontově vyvážená fokusační metoda založená na vytvoření rovnováhy mezi hydrodynamickými a elektrickými silami, při které se ionty, které jsou předmětem zájmu, stávají stacionárními.Tato studie představuje novou metodu využívající 2D otevřené 2D ploché vesmírné planární mikrofluidní zařízení namísto konvenčního mikrokanálového systému.Taková zařízení mohou předem koncentrovat velká množství látek a jsou relativně snadno vyrobitelná.Tato studie představuje výsledky nově vyvinuté simulace pomocí COMSOL Multiphysics® 3.5a.Výsledky těchto modelů byly porovnány s experimentálními výsledky za účelem testování identifikovaných geometrií proudění a oblastí s vysokou koncentrací.Vyvinutý numerický mikrofluidní model byl porovnán s dříve publikovanými experimenty a výsledky byly velmi konzistentní.Na základě těchto simulací byl prozkoumán nový typ lodi, který poskytuje optimální podmínky pro EHDF.Experimentální výsledky s použitím čipu předčily výkon modelu.Ve vyrobených mikrofluidních čipech byl pozorován nový režim, nazývaný laterální EGDP, kdy byla studovaná látka zaměřena kolmo na aplikované napětí.Protože detekce a zobrazování jsou klíčovými aspekty takových systémů předběžného obohacování a identifikace druhů.Jsou prezentovány numerické modely a experimentální ověření šíření světla a distribuce intenzity světla ve dvourozměrných mikrofluidních systémech.Vyvinutý numerický model šíření světla byl úspěšně experimentálně ověřen jak z hlediska skutečné dráhy světla systémem, tak z hlediska distribuce intenzity, což poskytlo výsledky, které mohou být zajímavé pro optimalizaci fotopolymerizačních systémů, stejně jako pro optické detekční systémy. pomocí kapilár..
V závislosti na geometrii mohou být mikrostruktury použity v telekomunikacích, mikrofluidice, mikrosenzorech, skladování dat, řezání skla a dekorativním značení.V této práci byl zkoumán vztah mezi nastavením parametrů Nd:YVO4 a CO2 laserového systému a velikostí a morfologií mikrostruktur.Mezi sledované parametry laserového systému patří výkon P, opakovací frekvence pulsů PRF, počet pulsů N a rychlost skenování U. Naměřené výstupní rozměry zahrnují ekvivalentní průměry voxelů a také šířku mikrokanálu, hloubku a drsnost povrchu.3D mikroobráběcí systém byl vyvinut pomocí Nd:YVO4 laseru (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) k výrobě mikrostruktur uvnitř polykarbonátových vzorků.Mikrostrukturní voxely mají průměr 48 až 181 µm.Systém také poskytuje přesné zaostření pomocí mikroskopických objektivů k vytvoření menších voxelů v rozsahu 5 až 10 µm ve vzorcích sodnovápenatého skla, taveného oxidu křemičitého a safíru.K vytvoření mikrokanálů ve vzorcích sodnovápenatého skla byl použit CO2 laser (1,5 kW, 10,6 µm, minimální doba trvání pulsu 26 µs).Tvar příčného řezu mikrokanálků se mezi V-drážkami, U-drážkami a povrchovými ablacemi značně lišil.Velikosti mikrokanálů se také velmi liší: od 81 do 365 µm na šířku, od 3 do 379 µm do hloubky a drsnost povrchu od 2 do 13 µm, v závislosti na instalaci.Velikosti mikrokanálů byly zkoumány podle parametrů laserového zpracování pomocí metodologie reakčního povrchu (RSM) a návrhu experimentů (DOE).Shromážděné výsledky byly použity ke studiu vlivu procesních parametrů na objemovou a hmotnostní ablaci.Kromě toho byl vyvinut matematický model tepelného procesu, který pomáhá porozumět procesu a umožňuje předpovědět topologii kanálu před skutečnou výrobou.
Metrologický průmysl neustále hledá nové způsoby, jak přesně a rychle prozkoumat a digitalizovat topografii povrchu, včetně výpočtu parametrů drsnosti povrchu a vytváření mračen bodů (souborů trojrozměrných bodů popisujících jeden nebo více povrchů) pro modelování nebo reverzní inženýrství.systémy existují a optické systémy v posledním desetiletí rostly v popularitě, ale nákup a údržba většiny optických profilovačů je nákladná.V závislosti na typu systému může být také obtížné navrhnout optické profilovače a jejich křehkost nemusí být vhodná pro většinu dílenských nebo továrních aplikací.Tento projekt pokrývá vývoj profileru využívajícího principy optické triangulace.Vyvinutý systém má plochu snímacího stolu 200 x 120 mm a vertikální rozsah měření 5 mm.Pozice laserového senzoru nad cílovou plochou je rovněž nastavitelná o 15 mm.Byl vyvinut řídicí program pro automatické skenování uživatelem vybraných dílů a ploch.Tento nový systém se vyznačuje rozměrovou přesností.Naměřená maximální kosinusová chyba systému je 0,07°.Dynamická přesnost systému je měřena na 2 µm v ose Z (výška) a asi 10 µm v osách X a Y.Poměr velikostí mezi snímanými částmi (mince, šroubky, podložky a matrice vláknové čočky) byl dobrý.Bude také diskutováno testování systému, včetně omezení profileru a možných vylepšení systému.
Cílem tohoto projektu je vyvinout a charakterizovat nový optický vysokorychlostní online systém pro kontrolu povrchových vad.Řídicí systém je založen na principu optické triangulace a poskytuje bezkontaktní metodu pro stanovení trojrozměrného profilu difuzních povrchů.Mezi hlavní komponenty vývojového systému patří diodový laser, CMOS kamera CCf15 a dva servomotory řízené PC.Pohyb vzorku, snímání obrazu a 3D profilování povrchu jsou naprogramovány v softwaru LabView.Kontrolu pořízených dat lze usnadnit vytvořením programu pro virtuální vykreslení 3D skenovaného povrchu a výpočtem požadovaných parametrů drsnosti povrchu.Servomotory se používají k pohybu vzorku ve směru X a Y s rozlišením 0,05 µm.Vyvinutý bezkontaktní online profilovač povrchu může provádět rychlé skenování a kontrolu povrchu s vysokým rozlišením.Vyvinutý systém se úspěšně používá k vytváření automatických 2D profilů povrchu, 3D profilů povrchu a měření drsnosti povrchu na povrchu různých vzorových materiálů.Automatizované kontrolní zařízení má skenovací plochu XY 12 x 12 mm.Pro charakterizaci a kalibraci vyvinutého profilovacího systému byl povrchový profil měřený systémem porovnán se stejným povrchem měřeným pomocí optického mikroskopu, binokulárního mikroskopu, AFM a Mitutoyo Surftest-402.
Požadavky na kvalitu výrobků a materiálů v nich použitých jsou stále náročnější.Řešením mnoha problémů se zajištěním vizuální kvality (QA) je použití automatizovaných systémů kontroly povrchu v reálném čase.To vyžaduje jednotnou kvalitu produktu při vysoké propustnosti.Proto jsou potřeba systémy, které jsou 100% schopné testovat materiály a povrchy v reálném čase.K dosažení tohoto cíle poskytuje kombinace laserové technologie a technologie počítačového řízení efektivní řešení.V této práci byl vyvinut vysokorychlostní, levný a vysoce přesný bezkontaktní laserový skenovací systém.Systém je schopen měřit tloušťku pevných neprůhledných předmětů pomocí principu laserové optické triangulace.Vyvinutý systém zajišťuje přesnost a reprodukovatelnost měření na úrovni mikrometrů.
Cílem tohoto projektu je navrhnout a vyvinout laserový inspekční systém pro detekci povrchových defektů a vyhodnotit jeho potenciál pro vysokorychlostní inline aplikace.Hlavními součástmi detekčního systému jsou modul laserové diody jako zdroj osvětlení, CMOS kamera s náhodným přístupem jako detekční jednotka a translační stupeň XYZ.Byly vyvinuty algoritmy pro analýzu dat získaných skenováním různých povrchů vzorků.Řídicí systém je založen na principu optické triangulace.Laserový paprsek dopadá šikmo na povrch vzorku.Rozdíl ve výšce povrchu je pak brán jako horizontální pohyb laserové skvrny po povrchu vzorku.To umožňuje provádět měření výšky pomocí triangulační metody.Vyvinutý detekční systém je nejprve zkalibrován, aby se získal převodní faktor, který bude odrážet vztah mezi posunutím bodu měřeného senzorem a vertikálním posunutím povrchu.Experimenty byly prováděny na různých površích vzorků materiálů: mosaz, hliník a nerezová ocel.Vyvinutý systém je schopen přesně generovat 3D topografickou mapu závad, které se vyskytují během provozu.Bylo dosaženo prostorového rozlišení asi 70 µm a hloubkového rozlišení 60 µm.Výkon systému je také ověřován měřením přesnosti naměřených vzdáleností.
Vysokorychlostní vláknové laserové skenovací systémy se používají v automatizovaných průmyslových výrobních prostředích k detekci povrchových defektů.Mezi modernější metody detekce povrchových defektů patří použití optických vláken pro osvětlení a detekci komponent.Tato disertační práce zahrnuje návrh a vývoj nového vysokorychlostního optoelektronického systému.V tomto článku jsou zkoumány dva zdroje LED, LED (světlo emitující diody) a laserové diody.Proti sobě je umístěna řada pěti emitujících diod a pěti přijímacích fotodiod.Sběr dat je řízen a analyzován PC pomocí softwaru LabVIEW.Systém se používá k měření rozměrů povrchových vad jako jsou otvory (1 mm), slepé otvory (2 mm) a zářezy v různých materiálech.Výsledky ukazují, že zatímco systém je primárně určen pro 2D skenování, může fungovat i jako omezený 3D zobrazovací systém.Systém také ukázal, že všechny studované kovové materiály byly schopné odrážet infračervené signály.Nově vyvinutá metoda využívající řadu nakloněných vláken umožňuje systému dosáhnout nastavitelné rozlišení s maximálním rozlišením systému přibližně 100 µm (průměr sběrného vlákna).Systém byl úspěšně použit pro měření profilu povrchu, drsnosti povrchu, tloušťky a odrazivosti různých materiálů.Pomocí tohoto systému lze testovat hliník, nerezovou ocel, mosaz, měď, tufnol a polykarbonát.Výhody tohoto nového systému jsou rychlejší detekce, nižší cena, menší velikost, vyšší rozlišení a flexibilita.
Navrhujte, sestavujte a testujte nové systémy pro integraci a nasazení nových technologií environmentálních senzorů.Zvláště vhodné pro aplikace monitorování fekálních bakterií
Úprava mikro-nano struktury křemíkových solárních fotovoltaických panelů za účelem zlepšení dodávek energie
Jednou z hlavních technických výzev, kterým dnes globální společnost čelí, je udržitelné zásobování energií.Je na čase, aby se společnost začala silně spoléhat na obnovitelné zdroje energie.Slunce poskytuje Zemi volnou energii, ale moderní způsoby využití této energie ve formě elektřiny mají určitá omezení.V případě fotovoltaických článků je hlavním problémem nedostatečná účinnost sběru sluneční energie.Laserové mikroobrábění se běžně používá k vytvoření propojení mezi fotovoltaickými aktivními vrstvami, jako jsou skleněné substráty, hydrogenovaný křemík a vrstvy oxidu zinečnatého.Je také známo, že více energie lze získat zvětšením povrchu solárního článku, například mikroobráběním.Bylo prokázáno, že detaily povrchu v nanoměřítku ovlivňují účinnost absorpce energie solárních článků.Účelem tohoto článku je prozkoumat výhody přizpůsobení struktur solárních článků v mikro-, nano- a mezoměřítku tak, aby poskytovaly vyšší výkon.Změna technologických parametrů těchto mikrostruktur a nanostruktur umožní studovat jejich vliv na topologii povrchu.Buňky budou testovány na energii, kterou produkují, když jsou vystaveny experimentálně kontrolovaným úrovním elektromagnetického světla.Bude stanoven přímý vztah mezi účinností článku a povrchovou strukturou.
Metal Matrix Composites (MMC) se rychle stávají hlavními kandidáty na roli konstrukčních materiálů ve strojírenství a elektronice.Hliník (Al) a měď (Cu) vyztužené SiC díky svým vynikajícím tepelným vlastnostem (např. nízký koeficient tepelné roztažnosti (CTE), vysoká tepelná vodivost) a zlepšeným mechanickým vlastnostem (např. vyšší měrná pevnost, lepší výkon).Je široce používán v různých průmyslových odvětvích pro odolnost proti opotřebení a specifický modul.V poslední době se tyto vysoce keramické MMC staly dalším trendem pro aplikace regulace teploty v elektronických obalech.Typicky se v balíčcích napájecích zařízení používá hliník (Al) nebo měď (Cu) jako chladič nebo základní deska pro připojení ke keramickému substrátu, který nese čip a související kolíkové struktury.Velký rozdíl v koeficientu tepelné roztažnosti (CTE) mezi keramikou a hliníkem nebo mědí je nevýhodný, protože snižuje spolehlivost obalu a také omezuje velikost keramického substrátu, který může být připevněn k substrátu.
Vzhledem k tomuto nedostatku je nyní možné vyvíjet, zkoumat a charakterizovat nové materiály, které splňují tyto požadavky na tepelně vylepšené materiály.Díky zlepšené tepelné vodivosti a koeficientu tepelné roztažnosti (CTE) jsou nyní MMC CuSiC a AlSiC životaschopným řešením pro balení elektroniky.Tato práce zhodnotí unikátní termofyzikální vlastnosti těchto MMC a jejich možné aplikace pro tepelný management elektronických pouzder.
Ropné společnosti zažívají významnou korozi ve svařovací zóně systémů ropného a plynárenského průmyslu vyrobených z uhlíkových a nízkolegovaných ocelí.V prostředích obsahujících CO2 je korozní poškození obvykle připisováno rozdílům v síle ochranných korozních filmů nanesených na různých mikrostrukturách uhlíkové oceli.Lokální koroze ve svarovém kovu (WM) a tepelně ovlivněné zóně (HAZ) je způsobena především galvanickými účinky v důsledku rozdílů ve složení slitiny a mikrostruktuře.Mikrostrukturní charakteristiky základních kovů (PM), WM a HAZ byly zkoumány za účelem pochopení vlivu mikrostruktury na korozní chování svarových spojů z měkké oceli.Korozní testy byly provedeny v 3,5% roztoku NaCl nasyceném C02 za deoxygenovaných podmínek při teplotě místnosti (20±2°C) a pH 4,0±0,3.Charakterizace korozního chování byla provedena pomocí elektrochemických metod pro stanovení potenciálu otevřeného obvodu, potenciodynamického skenování a lineárního polarizačního odporu a také obecnou metalografickou charakterizací pomocí optické mikroskopie.Hlavní detekované morfologické fáze jsou jehličkovitý ferit, zbytkový austenit a martenziticko-bainitická struktura ve WM.U HAZ jsou méně časté.U PM, VM a HAZ bylo zjištěno významně odlišné elektrochemické chování a korozní rychlost.
Práce v rámci tohoto projektu jsou zaměřeny na zlepšení elektrické účinnosti ponorných čerpadel.Požadavky na průmysl čerpadel, aby se ubíral tímto směrem, se v poslední době zvýšily se zavedením nové legislativy EU, která vyžaduje, aby průmysl jako celek dosáhl nové a vyšší úrovně účinnosti.Tento článek analyzuje použití chladicího pláště pro chlazení oblasti elektromagnetu čerpadla a navrhuje konstrukční vylepšení.Zejména je charakterizováno proudění tekutiny a přenos tepla v chladicích pláštích provozních čerpadel.Vylepšení konstrukce pláště zajistí lepší přenos tepla do oblasti motoru čerpadla, což povede ke zlepšení účinnosti čerpadla při současném snížení indukovaného odporu.Pro tuto práci byl ke stávající zkušební nádrži o objemu 250 m3 přidán testovací systém čerpadla namontovaného v suché jámě.To umožňuje vysokorychlostní kamerové sledování průtokového pole a termosnímek pláště čerpadla.Průtokové pole ověřené analýzou CFD umožňuje experimentování, testování a porovnávání alternativních návrhů, aby provozní teploty byly co nejnižší.Původní konstrukce pólového čerpadla M60-4 odolala maximální teplotě vnějšího pláště čerpadla 45°C a maximální teplotě statoru 90°C.Analýza různých návrhů modelů ukazuje, které návrhy jsou pro efektivnější systémy užitečnější a které by se neměly používat.Zejména konstrukce integrované chladicí spirály nemá oproti původní konstrukci žádné zlepšení.Zvýšení počtu lopatek oběžného kola ze čtyř na osm snížilo provozní teplotu měřenou na plášti o sedm stupňů Celsia.
Kombinace vysoké hustoty výkonu a zkrácení doby expozice při zpracování kovů vede ke změně mikrostruktury povrchu.Získání optimální kombinace parametrů laserového procesu a rychlosti chlazení je rozhodující pro změnu struktury zrna a zlepšení tribologických vlastností na povrchu materiálu.Hlavním cílem této studie bylo prozkoumat vliv rychlého pulzního laserového zpracování na tribologické vlastnosti komerčně dostupných kovových biomateriálů.Tato práce je věnována laserové povrchové úpravě nerezové oceli AISI 316L a Ti-6Al-4V.Ke studiu vlivu různých parametrů laserového procesu a výsledné povrchové mikrostruktury a morfologie byl použit 1,5 kW pulzní CO2 laser.Pomocí válcového vzorku rotovaného kolmo ke směru laserového záření se měnila intenzita laserového záření, doba expozice, hustota energetického toku a šířka pulzu.Charakterizace byla provedena pomocí SEM, EDX, měření drsnosti jehly a XRD analýzy.Pro nastavení počátečních parametrů experimentálního procesu byl také implementován predikční model povrchové teploty.Poté bylo provedeno mapování procesu za účelem stanovení řady specifických parametrů pro laserové ošetření povrchu roztavené oceli.Existuje silná korelace mezi osvětlením, dobou expozice, hloubkou zpracování a drsností zpracovávaného vzorku.Zvýšená hloubka a drsnost mikrostrukturálních změn byla spojena s vyšší úrovní expozice a dobou expozice.Analýzou drsnosti a hloubky ošetřené oblasti se modely proudění energie a povrchové teploty používají k předpovědi stupně tání, ke kterému dojde na povrchu.Se zvyšující se dobou interakce laserového paprsku se zvyšuje drsnost povrchu oceli pro různé studované úrovně energie pulzu.Zatímco bylo pozorováno, že struktura povrchu si zachovala normální uspořádání krystalů, byly pozorovány změny v orientaci zrn v oblastech ošetřených laserem.
Analýza a charakterizace tkáňového namáhání a jeho implikace pro návrh lešení
V tomto projektu bylo vyvinuto několik různých geometrií lešení a byla provedena analýza konečných prvků pro pochopení mechanických vlastností kostní struktury, jejich role ve vývoji tkáně a maximální distribuce napětí a napětí v lešení.Počítačová tomografie (CT) vzorků trabekulární kosti byla odebrána navíc ke strukturám lešení navrženým pomocí CAD.Tyto návrhy umožňují vytvářet a testovat prototypy a také provádět MKP těchto návrhů.Mechanická měření mikrodeformací byla provedena na vyrobených lešeních a trabekulárních vzorcích kosti hlavice femuru a tyto výsledky byly porovnány s výsledky získanými FEA pro stejné struktury.Předpokládá se, že mechanické vlastnosti závisí na navrženém tvaru pórů (strukturě), velikosti pórů (120, 340 a 600 um) a podmínkách zatížení (s nebo bez zatěžovacích bloků).Změny těchto parametrů byly zkoumány u porézních konstrukcí 8 mm3, 22,7 mm3 a 1000 mm3 s cílem komplexně studovat jejich vliv na rozložení napětí.Výsledky experimentů a simulací ukazují, že geometrický design struktury hraje důležitou roli v rozložení napětí a zdůrazňují velký potenciál konstrukce kostry pro zlepšení regenerace kosti.Obecně je velikost pórů při určování celkové maximální úrovně napětí důležitější než úroveň poréznosti.Úroveň porozity je však také důležitá při určování osteokonduktivity struktur lešení.Když se úroveň pórovitosti zvyšuje z 30 % na 70 %, maximální hodnota napětí se výrazně zvyšuje pro stejnou velikost pórů.
Velikost pórů lešení je také důležitá pro způsob výroby.Všechny moderní metody rychlého prototypování mají určitá omezení.Zatímco konvenční výroba je všestrannější, složitější a menší konstrukce je často nemožné vyrobit.Většina těchto technologií není v současné době nominálně schopna trvale vytvářet póry pod 500 µm.Výsledky s velikostí pórů 600 µm v této práci jsou tedy nejrelevantnější pro výrobní možnosti současných rychlých výrobních technologií.Prezentovaná hexagonální struktura, i když je uvažována pouze v jednom směru, by byla nejvíce anizotropní strukturou ve srovnání se strukturami založenými na krychli a trojúhelníku.Krychlové a trojúhelníkové struktury jsou relativně izotropní ve srovnání s hexagonálními strukturami.Anizotropie je důležitá při zvažování osteokonduktivity navrženého lešení.Rozložení napětí a umístění otvoru ovlivňují proces přestavby a různé podmínky zatížení mohou změnit maximální hodnotu napětí a jeho umístění.Převládající směr zatížení by měl podporovat velikost a distribuci pórů, aby buňky mohly růst do větších pórů a poskytovat živiny a stavební materiály.Dalším zajímavým závěrem této práce, zkoumáním rozložení napětí v průřezu pilířů, je, že vyšší hodnoty napětí jsou zaznamenány na povrchu pilířů ve srovnání se středem.V této práci bylo ukázáno, že velikost pórů, úroveň pórovitosti a způsob zatížení úzce souvisí s úrovněmi napětí, které se vyskytují ve struktuře.Tato zjištění demonstrují možnost vytvoření vzpěrných struktur, ve kterých se úrovně napětí na povrchu vzpěry mohou ve větší míře lišit, což může podporovat přichycení a růst buněk.
Syntetické kostní substituční lešení nabízí možnost individuálně přizpůsobit vlastnosti, překonat omezenou dostupnost dárců a zlepšit osseointegraci.Kostní inženýrství se snaží tyto problémy řešit poskytováním vysoce kvalitních štěpů, které lze dodávat ve velkých množstvích.V těchto aplikacích má velký význam jak vnitřní, tak vnější geometrie lešení, protože mají významný vliv na mechanické vlastnosti, propustnost a proliferaci buněk.Technologie rychlého prototypování umožňuje použití nestandardních materiálů s danou a optimalizovanou geometrií, vyrobených s vysokou přesností.Tento článek zkoumá schopnost technik 3D tisku vyrábět složité geometrie kosterních lešení pomocí biokompatibilních materiálů fosforečnanu vápenatého.Předběžné studie proprietárního materiálu ukazují, že lze dosáhnout předpokládaného směrového mechanického chování.Aktuální měření směrových mechanických vlastností vyrobených vzorků vykazovala stejné trendy jako výsledky analýzy konečných prvků (MKP).Tato práce také demonstruje proveditelnost 3D tisku pro výrobu lešení geometrie tkáňového inženýrství z biokompatibilního cementu fosforečnanu vápenatého.Rámy byly vyrobeny tiskem vodným roztokem hydrogenfosforečnanu sodného na práškovou vrstvu sestávající z homogenní směsi hydrogenfosforečnanu vápenatého a hydroxidu vápenatého.Reakce mokré chemické depozice probíhá v práškovém loži 3D tiskárny.Pevné vzorky byly vyrobeny pro měření mechanických vlastností objemové komprese vyrobeného kalciumfosfátového cementu (CPC).Takto vyrobené díly měly průměrný modul pružnosti 3,59 MPa a průměrnou pevnost v tlaku 0,147 MPa.Slinování vede k výraznému zvýšení kompresních vlastností (E = 9,15 MPa, σt = 0,483 MPa), ale snižuje měrný povrch materiálu.V důsledku slinování se kalciumfosfátový cement rozkládá na β-trikalciumfosfát (β-TCP) a hydroxyapatit (HA), což potvrzují údaje termogravimetrické a diferenciální termické analýzy (TGA/DTA) a rentgenové difrakční analýzy ( XRD).vlastnosti jsou nedostatečné pro vysoce zatěžované implantáty, kde je požadovaná pevnost od 1,5 do 150 MPa a tuhost v tlaku přesahuje 10 MPa.Avšak další následné zpracování, jako je infiltrace biodegradovatelnými polymery, může učinit tyto struktury vhodnými pro aplikace stentů.
Cíl: Výzkum v mechanice půdy ukázal, že vibrace aplikované na kamenivo vedou k účinnějšímu vyrovnání částic a snížení energie potřebné k působení na kamenivo.Naším cílem bylo vyvinout metodu vlivu vibrací na proces impakce kosti a vyhodnotit její vliv na mechanické vlastnosti impaktovaných štěpů.
Fáze 1: Mletí 80 hlav hovězí stehenní kosti za použití mlýnku na kosti Noviomagus.Štěpy byly poté promyty pomocí pulzního promývacího systému fyziologického roztoku na sítovém podnosu.Bylo vyvinuto vibrační rázové zařízení vybavené dvěma 15 V DC motory s excentrickými závažími upevněnými uvnitř kovového válce.Hoďte na něj závaží z dané výšky 72krát, aby se reprodukoval proces úderu do kosti.Byl testován frekvenční rozsah vibrací měřený akcelerometrem instalovaným ve vibrační komoře.Každá zkouška smykem byla poté opakována při čtyřech různých normálních zatíženích, aby se získala řada křivek napětí-deformace.Pro každý test byly zkonstruovány Mohr-Coulombovy obálky porušení, z nichž byly odvozeny hodnoty pevnosti ve smyku a blokování.
Fáze 2: Opakujte experiment přidáním krve, abyste replikovali bohaté prostředí, s nímž se setkáváme v chirurgických podmínkách.
Fáze 1: Roub se zvýšenou vibrací při všech frekvencích vibrací vykazoval vyšší pevnost ve smyku ve srovnání s nárazem bez vibrací.Vibrace při 60 Hz měly největší vliv a byly významné.
Fáze 2: Roubování s dodatečným vibračním rázem v nasyceném kamenivu vykázalo nižší smykovou pevnost pro všechna normální tlaková zatížení než ráz bez vibrací.
Závěr: Principy stavebního inženýrství jsou aplikovatelné na implantaci implantované kosti.U suchého kameniva může přidání vibrací zlepšit mechanické vlastnosti nárazových částic.V našem systému je optimální frekvence vibrací 60 Hz.U nasyceného kameniva zvýšení vibrací nepříznivě ovlivňuje pevnost kameniva ve smyku.To lze vysvětlit procesem zkapalňování.
Cílem této práce bylo navrhnout, postavit a otestovat systém, který dokáže rušit subjekty na něm stojící, aby bylo možné posoudit jejich schopnost reagovat na tyto změny.To lze provést rychlým nakloněním plochy, na které osoba stojí, a jejím následným vrácením do vodorovné polohy.Z toho je možné určit, zda subjekty byly schopny udržet rovnovážný stav a jak dlouho jim trvalo tento rovnovážný stav obnovit.Tento rovnovážný stav bude určen měřením posturálního vlivu subjektu.Jejich přirozené posturální houpání bylo měřeno panelem s profilem tlaku chodidla, aby se určilo, jak velký byl houpání během testu.Systém je také navržen tak, aby byl všestrannější a dostupnější než v současnosti komerčně dostupný, protože ačkoli jsou tyto stroje důležité pro výzkum, nejsou v současné době široce používány kvůli jejich vysoké ceně.Nově vyvinutý systém prezentovaný v tomto článku byl použit pro pohyb testovacích objektů o hmotnosti až 100 kg.
V této práci bylo navrženo šest laboratorních experimentů v technických a fyzikálních vědách, které mají zlepšit proces učení studentů.Toho je dosaženo instalací a vytvořením virtuálních nástrojů pro tyto experimenty.Využití virtuálních přístrojů je přímo srovnáváno s tradičními laboratorními metodami výuky a diskutován základ pro rozvoj obou přístupů.Předchozí práce využívající počítačově podporované učení (CBL) v podobných projektech souvisejících s touto prací byly použity k vyhodnocení některých výhod virtuálních nástrojů, zejména těch, které souvisely se zvýšeným zájmem studentů, uchováním paměti, porozuměním a nakonec i laboratorním reportováním..související výhody.Virtuální experiment diskutovaný v této studii je revidovanou verzí experimentu s tradičním stylem a poskytuje tak přímé srovnání nové techniky CBL s laboratoří tradičního stylu.Mezi oběma verzemi experimentu není žádný koncepční rozdíl, rozdíl je pouze ve způsobu, jakým je prezentován.Účinnost těchto metod CBL byla hodnocena pozorováním výkonu studentů používajících virtuální nástroj ve srovnání s ostatními studenty ve stejné třídě, kteří prováděli tradiční experimentální režim.Všichni studenti jsou hodnoceni předložením zpráv, otázek s výběrem odpovědí týkajících se jejich experimentů a dotazníků.Výsledky této studie byly také porovnány s dalšími souvisejícími studiemi v oblasti CBL.
Čas odeslání: 19. února 2023