O obxectivo deste traballo é desenvolver un proceso de procesamento automatizado con láser con alta precisión dimensional e custos de proceso predeterminados.Este traballo inclúe a análise de modelos de predición de tamaño e custo para a fabricación con láser de microcanles internos de Nd:YVO4 en PMMA e procesamento interno con láser de policarbonato para a fabricación de dispositivos microfluídicos.Para acadar estes obxectivos do proxecto, ANN e DoE compararon o tamaño e o custo dos sistemas láser de CO2 e Nd:YVO4.Implícase unha implementación completa de control de retroalimentación con precisión submicrónica de posicionamento lineal con retroalimentación do codificador.En particular, a automatización da radiación láser e o posicionamento da mostra está controlada por FPGA.O coñecemento profundo dos procedementos operativos do sistema Nd:YVO4 e do software permitiu substituír a unidade de control por un controlador de automatización programable (PAC) Compact-Rio, que se realizou no paso de Posicionamento 3D de retroalimentación de alta resolución dos codificadores submicróns de control de código LabVIEW. .A automatización total deste proceso no código de LabVIEW está en desenvolvemento.Os traballos actuais e futuros inclúen medicións de precisión dimensional, precisión e reproducibilidade dos sistemas de deseño e a optimización relacionada da xeometría de microcanles para a fabricación de dispositivos microfluídicos e de laboratorio nun chip para aplicacións químicas/analíticas e ciencia da separación.
Numerosas aplicacións de pezas de metal semiduro moldeado (SSM) requiren excelentes propiedades mecánicas.As excelentes propiedades mecánicas, como a resistencia ao desgaste, a alta resistencia e a rixidez, dependen das características da microestrutura creadas polo tamaño do gran ultrafino.Este tamaño de gran adoita depender da procesabilidade óptima do SSM.Non obstante, as fundicións SSM adoitan conter porosidade residual, o que é moi prexudicial para o rendemento.Neste traballo exploraranse os importantes procesos de moldeo de metais semiduros para obter pezas de maior calidade.Estas pezas deberían ter unha porosidade reducida e unhas características microestruturais melloradas, incluíndo o tamaño de gran ultrafino e a distribución uniforme dos precipitados de endurecemento e a composición dos microelementos da aliaxe.En particular, analizarase a influencia do método de pretratamento tempo-temperatura no desenvolvemento da microestrutura desexada.Investigaranse as propiedades derivadas da mellora da masa, como aumentos de resistencia, dureza e rixidez.
Este traballo é un estudo da modificación con láser da superficie do aceiro para ferramentas H13 mediante un modo de procesamento láser pulsado.O plan de cribado experimental inicial realizado deu como resultado un plan detallado máis optimizado.Utilízase un láser de dióxido de carbono (CO2) cunha lonxitude de onda de 10,6 µm.No plan experimental do estudo utilizáronse puntos láser de tres tamaños diferentes: 0,4, 0,2 e 0,09 mm de diámetro.Outros parámetros controlables son a potencia máxima do láser, a frecuencia de repetición do pulso e a superposición de pulsos.O gas argón a unha presión de 0,1 MPa axuda constantemente ao procesamento con láser.A mostra H13 foi rugosa e gravada quimicamente antes do procesamento para aumentar a absorción da superficie na lonxitude de onda do láser CO2.Preparáronse mostras tratadas con láser para estudos metalográficos e caracterizáronse as súas propiedades físicas e mecánicas.Realizáronse estudos metalográficos e análises da composición química mediante microscopía electrónica de varrido en combinación coa espectrometría de raios X de dispersión de enerxía.A detección de cristalinidade e fase da superficie modificada realizouse mediante un sistema XRD con radiación Cu Kα e unha lonxitude de onda de 1,54 Å.O perfil da superficie mídese mediante un sistema de perfilado de estilete.As propiedades de dureza das superficies modificadas foron medidas mediante microindentación de diamante Vickers.Estudouse a influencia da rugosidade superficial nas propiedades de fatiga das superficies modificadas mediante un sistema de fatiga térmica especialmente fabricado.Observouse que é posible obter grans de superficie modificados con tamaños ultrafinos inferiores a 500 nm.Conseguiuse unha profundidade superficial mellorada no rango de 35 a 150 µm en mostras H13 tratadas con láser.A cristalinidade da superficie H13 modificada redúcese significativamente, o que se asocia cunha distribución aleatoria de cristalitos despois do tratamento con láser.A rugosidade superficial media mínima corrixida de H13 Ra é de 1,9 µm.Outro descubrimento importante é que a dureza da superficie H13 modificada varía de 728 a 905 HV0.1 en diferentes configuracións do láser.Estableceuse unha relación entre os resultados da simulación térmica (taxas de quecemento e arrefriamento) e os resultados de dureza para comprender mellor o efecto dos parámetros do láser.Estes resultados son importantes para o desenvolvemento de métodos de endurecemento superficial para mellorar a resistencia ao desgaste e os revestimentos de protección térmica.
Propiedades de impacto paramétricas de balóns deportivos sólidos para desenvolver núcleos típicos para sliotar GAA
O obxectivo principal deste estudo é caracterizar o comportamento dinámico do núcleo sliotar tras o impacto.Realizáronse as características viscoelásticas da pelota para unha gama de velocidades de impacto.As esferas de polímero modernas son sensibles á taxa de deformación, mentres que as esferas tradicionais de varios compoñentes dependen da tensión.A resposta viscoelástica non lineal defínese por dous valores de rixidez: a rixidez inicial e a rixidez a granel.As bolas tradicionais son 2,5 veces máis ríxidas que as modernas, dependendo da velocidade.A taxa máis rápida de aumento da rixidez das bolas convencionais resulta nun COR máis non lineal fronte á velocidade en comparación coas bolas modernas.Os resultados da rixidez dinámica mostran unha aplicabilidade limitada das probas cuasiestáticas e das ecuacións da teoría de resortes.Unha análise do comportamento da deformación esférica mostra que o desprazamento do centro de gravidade e a compresión diametral non son consistentes para todos os tipos de esferas.A través de extensos experimentos de prototipado, investigouse o efecto das condicións de fabricación no rendemento da pelota.Os parámetros de produción de temperatura, presión e composición do material variaron para producir unha variedade de bólas.A dureza do polímero afecta á rixidez pero non á disipación de enerxía, aumentando a rixidez aumenta a rixidez da bola.Os aditivos de nucleación afectan a reactividade da bola, un aumento na cantidade de aditivos leva a unha diminución da reactividade da bola, pero este efecto é sensible ao grao de polímero.Realizouse a análise numérica mediante tres modelos matemáticos para simular a resposta do balón ao impacto.O primeiro modelo demostrou ser capaz de reproducir o comportamento da bóla só nunha medida limitada, aínda que anteriormente fora utilizado con éxito noutro tipo de bólas.O segundo modelo mostrou unha representación razoable da resposta ao impacto da bóla que era xeralmente aplicable a todos os tipos de bólas probados, pero a precisión da predicción da resposta de desprazamento forza non era tan alta como sería necesaria para unha implementación a gran escala.O terceiro modelo mostrou unha precisión significativamente mellor ao simular a resposta da pelota.Os valores de forza xerados polo modelo para este modelo son 95% consistentes cos datos experimentais.
Este traballo conseguiu dous obxectivos principais.Un é o deseño e fabricación dun viscosímetro capilar de alta temperatura, e o segundo é a simulación de fluxo de metal semisólido para axudar no deseño e proporcionar datos para fins de comparación.Construíuse un viscosímetro capilar de alta temperatura e utilizouse para as probas iniciais.O dispositivo empregarase para medir a viscosidade de metais semiduros en condicións de altas temperaturas e velocidades de cizallamento similares ás utilizadas na industria.O viscosímetro capilar é un sistema de punto único que pode calcular a viscosidade medindo o fluxo e a caída de presión a través do capilar, xa que a viscosidade é directamente proporcional á caída de presión e inversamente proporcional ao fluxo.Os criterios de deseño inclúen requisitos para temperaturas ben controladas ata 800ºC, velocidades de cizallamento de inxección superiores a 10.000 s-1 e perfís de inxección controlados.Desenvolveuse un modelo teórico bidimensional e dependente do tempo utilizando o software FLUENT para a dinámica de fluídos computacional (CFD).Este usouse para avaliar a viscosidade dos metais semisólidos cando pasan por un viscosímetro capilar deseñado a velocidades de inxección de 0,075, 0,5 e 1 m/s.Tamén se investigou o efecto dunha fracción de sólidos metálicos (fs) de 0,25 a 0,50.Para a ecuación de viscosidade da lei de potencia utilizada para desenvolver o modelo Fluent, observouse unha forte correlación entre estes parámetros e a viscosidade resultante.
Este traballo investiga o efecto dos parámetros do proceso na produción de compostos de matriz metálica de Al-SiC (MMC) nun proceso de compostaxe por lotes.Os parámetros do proceso estudados incluíron a velocidade do axitador, o tempo do axitador, a xeometría do axitador, a posición do axitador, a temperatura do líquido metálico (viscosidade).Realizáronse simulacións visuais a temperatura ambiente (25 ± C), simulacións por ordenador e probas de verificación para a produción de MMC Al-SiC.En simulacións visuais e informáticas utilizáronse auga e glicerina/auga para representar o aluminio líquido e semisólido, respectivamente.Investigáronse os efectos das viscosidades de 1, 300, 500, 800 e 1000 mPa·s e das velocidades de axitación de 50, 100, 150, 200, 250 e 300 rpm.10 rolos por peza.% de partículas de SiC reforzadas, similares ás utilizadas no aluminio MMK, utilizáronse en probas de visualización e computación.Realizáronse probas de imaxe en vasos de vidro transparente.Realizáronse simulacións computacionais mediante Fluent (programa CFD) e o paquete opcional MixSim.Isto inclúe a simulación 2D axisimétrica multifásica dependente do tempo de rutas de produción utilizando o modelo euleriano (granular).Estableceuse a dependencia do tempo de dispersión das partículas, o tempo de sedimentación e a altura do vórtice da xeometría de mestura e da velocidade de rotación do axitador.Para un axitador con paletas °at, un ángulo de paleta de 60 graos resultou máis adecuado para obter rapidamente unha dispersión uniforme das partículas.Como resultado destes ensaios, comprobouse que para obter unha distribución uniforme do SiC, a velocidade de axitación era de 150 rpm para o sistema auga-SiC e de 300 rpm para o sistema de glicerol/auga-SiC.Descubriuse que o aumento da viscosidade de 1 mPa·s (para metal líquido) a 300 mPa·s (para metal semisólido) tivo un gran impacto no tempo de dispersión e deposición de SiC.Non obstante, un aumento adicional de 300 mPa·s a 1000 mPa·s ten pouco efecto neste tempo.Unha parte importante deste traballo incluíu o deseño, construción e validación dunha máquina de fundición de endurecemento rápido dedicada para este método de tratamento a alta temperatura.A máquina consta dun axitador con catro láminas planas cun ángulo de 60 graos e un crisol nunha cámara de forno con calefacción resistiva.A instalación inclúe un actuador que apaga rapidamente a mestura procesada.Este equipo utilízase para a produción de materiais compostos de Al-SiC.En xeral, atopouse un bo acordo entre a visualización, o cálculo e os resultados das probas experimentais.
Hai moitas técnicas diferentes de prototipado rápido (RP) que se desenvolveron para o seu uso a gran escala principalmente na última década.Os sistemas de prototipado rápido dispoñibles comercialmente hoxe en día usan unha variedade de tecnoloxías que usan papel, cera, resinas fotopolimerizables, polímeros e novos pos metálicos.O proxecto incluía un método de prototipado rápido, Fused Deposition Modeling, que se comercializou por primeira vez en 1991. Neste traballo desenvolveuse e utilizouse unha nova versión do sistema de modelado mediante superficies mediante cera.Este proxecto describe o deseño básico do sistema e o método de deposición de cera.As máquinas FDM crean pezas extruíndo material semifundido nunha plataforma nun patrón predeterminado a través de boquillas quentadas.A boquilla de extrusión está montada nunha mesa XY controlada por un sistema informático.En combinación co control automático do mecanismo do émbolo e da posición do depositante, prodúcense modelos precisos.As capas individuais de cera apílanse unhas encima das outras para crear obxectos 2D e 3D.Tamén se analizaron as propiedades da cera para optimizar o proceso de produción dos modelos.Estes inclúen a temperatura de transición de fase da cera, a viscosidade da cera e a forma da caída de cera durante o procesamento.
Durante os últimos cinco anos, os equipos de investigación do Clúster Científico da División da City University Dublin desenvolveron dous procesos de micromecanizado con láser que poden crear canles e voxels cunha resolución reproducible a escala de micras.O foco deste traballo está no uso de materiais personalizados para illar biomoléculas diana.Os traballos preliminares demostran que se poden crear novas morfoloxías de mestura capilar e canles de superficie para mellorar as capacidades de separación.Este traballo centrarase na aplicación das ferramentas de micromecanizado dispoñibles para deseñar xeometrías de superficie e canles que permitan mellorar a separación e caracterización dos sistemas biolóxicos.A aplicación destes sistemas seguirá o enfoque lab-on-a-chip con fins de biodiagnóstico.Os dispositivos feitos con esta tecnoloxía desenvolvida utilizaranse no laboratorio de microfluídicos do proxecto nun chip.O obxectivo do proxecto é utilizar técnicas de deseño experimental, optimización e simulación para proporcionar unha relación directa entre os parámetros de procesamento con láser e as características das canles a micro e nanoescala, e utilizar esta información para mellorar as canles de separación nestas microtecnoloxías.Os resultados específicos do traballo inclúen: deseño de canles e morfoloxía da superficie para mellorar a ciencia da separación;etapas monolíticas de bombeo e extracción en virutas integradas;separación de biomoléculas diana seleccionadas e extraídas en chips integrados.
Xeración e control de gradientes de temperatura temporais e perfís lonxitudinais ao longo de columnas LC capilares mediante matrices Peltier e termografía infravermella.
Desenvolveuse unha nova plataforma de contacto directo para o control preciso da temperatura das columnas capilares baseada no uso de células Peltier termoeléctricas controladas individualmente dispostas en serie.A plataforma proporciona un control rápido da temperatura para as columnas capilares e micro LC e permite a programación simultánea de temperaturas temporais e espaciais.A plataforma opera nun rango de temperatura de 15 a 200 °C cunha velocidade de rampla de aproximadamente 400 °C/min para cada unha das 10 células Peltier aliñadas.O sistema foi avaliado para varios modos de medición baseados en capilares non estándar, como a aplicación directa de gradientes de temperatura con perfís lineais e non lineais, incluíndo gradientes de temperatura de columnas estáticas e gradientes de temperatura temporais, gradientes de temperatura controlados con precisión, capilares monolíticos polimerizados. fases estacionarias, e fabricación de fases monolíticas en canles microfluídicos (nun chip).O instrumento pódese utilizar con sistemas de cromatografía estándar e de columna.
Enfoque electrohidrodinámico nun dispositivo microfluídico plano bidimensional para a preconcentración de pequenos analitos
Este traballo inclúe o enfoque electrohidrodinámico (EHDF) e a transferencia de fotóns para axudar no desenvolvemento do preenriquecemento e a identificación de especies.O EHDF é un método de enfoque equilibrado de ións baseado en establecer un equilibrio entre forzas hidrodinámicas e eléctricas, no que os ións de interese se fan estacionarios.Este estudo presenta un método novedoso que utiliza un dispositivo microfluídico plano plano 2D aberto 2D en lugar do sistema de microcanle convencional.Estes dispositivos poden preconcentrar grandes cantidades de substancias e son relativamente fáciles de fabricar.Este estudo presenta os resultados dunha simulación recentemente desenvolvida usando COMSOL Multiphysics® 3.5a.Os resultados destes modelos comparáronse cos resultados experimentais para probar as xeometrías de fluxo identificadas e as áreas de alta concentración.Comparouse o modelo numérico microfluídico desenvolvido con experimentos publicados anteriormente e os resultados foron moi consistentes.En base a estas simulacións, investigouse un novo tipo de buque para proporcionar condicións óptimas para o EHDF.Os resultados experimentais empregando o chip superaron o rendemento do modelo.Nos chips microfluídicos fabricados observouse un novo modo, chamado EGDP lateral, cando a substancia obxecto de estudo foi enfocada perpendicularmente á tensión aplicada.Porque a detección e a imaxe son aspectos clave destes sistemas de pre-enriquecemento e identificación de especies.Preséntanse modelos numéricos e verificación experimental da propagación da luz e da distribución da intensidade luminosa en sistemas microfluídicos bidimensionais.O modelo numérico de propagación da luz desenvolvido foi verificado experimentalmente con éxito tanto no que se refire ao camiño real da luz polo sistema como no que se refire á distribución de intensidade, o que deu resultados que poden ser de interese para a optimización dos sistemas de fotopolimerización, así como para os sistemas de detección óptica. utilizando capilares..
Segundo a xeometría, as microestruturas pódense utilizar en telecomunicacións, microfluídica, microsensores, almacenamento de datos, corte de vidro e marcado decorativo.Neste traballo investigouse a relación entre a configuración dos parámetros do sistema láser Nd:YVO4 e CO2 e o tamaño e a morfoloxía das microestruturas.Os parámetros estudados do sistema láser inclúen a potencia P, a taxa de repetición de pulsos PRF, o número de pulsos N e a taxa de exploración U. As dimensións de saída medidas inclúen diámetros de voxel equivalentes, así como ancho, profundidade e rugosidade da superficie da microcanle.Desenvolveuse un sistema de micromecanizado 3D utilizando un láser Nd:YVO4 (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) para fabricar microestruturas dentro de mostras de policarbonato.Os vóxeles microestruturais teñen un diámetro de 48 a 181 µm.O sistema tamén proporciona un enfoque preciso mediante o uso de obxectivos de microscopio para crear voxels máis pequenos no rango de 5 a 10 µm en mostras de vidro de soda-cal, sílice fundida e zafiro.Utilizouse un láser de CO2 (1,5 kW, 10,6 µm, duración mínima do pulso 26 µs) para crear microcanles nas mostras de vidro de cal sosa.A forma da sección transversal das microcanles variou moito entre os sucos en V, os sucos en U e os sitios de ablación superficiais.Os tamaños das microcanles tamén varían moito: de 81 a 365 µm de ancho, de 3 a 379 µm de profundidade e rugosidade superficial de 2 a 13 µm, dependendo da instalación.Os tamaños das microcanles examináronse segundo os parámetros de procesamento con láser mediante a metodoloxía de superficie de resposta (RSM) e o deseño de experimentos (DOE).Os resultados recollidos utilizáronse para estudar o efecto dos parámetros do proceso sobre a taxa de ablación volumétrica e de masa.Ademais, desenvolveuse un modelo matemático de proceso térmico para axudar a comprender o proceso e permitir que se prediga a topoloxía da canle antes da fabricación real.
A industria da metroloxía está sempre á procura de novas formas de explorar e dixitalizar a topografía superficial con precisión e rapidez, incluíndo o cálculo de parámetros de rugosidade da superficie e a creación de nubes de puntos (conxuntos de puntos tridimensionais que describen unha ou máis superficies) para modelar ou realizar enxeñaría inversa.existen sistemas, e os sistemas ópticos creceron en popularidade durante a última década, pero a maioría dos perfiladores ópticos son caros de comprar e manter.Dependendo do tipo de sistema, os perfiladores ópticos tamén poden ser difíciles de deseñar e a súa fraxilidade pode non ser axeitada para a maioría das aplicacións de tendas ou fábricas.Este proxecto abrangue o desenvolvemento dun perfilador utilizando os principios da triangulación óptica.O sistema desenvolvido ten unha área da mesa de dixitalización de 200 x 120 mm e un rango de medición vertical de 5 mm.A posición do sensor láser sobre a superficie do obxectivo tamén é axustable en 15 mm.Desenvolveuse un programa de control para a exploración automática de pezas e superficies seleccionadas polo usuario.Este novo sistema caracterízase pola precisión dimensional.O erro coseno máximo medido do sistema é de 0,07°.A precisión dinámica do sistema mídese a 2 µm no eixe Z (altura) e uns 10 µm nos eixes X e Y.A relación de tamaño entre as pezas escaneadas (moedas, parafusos, arandelas e matrices de lentes de fibra) foi boa.Tamén se comentarán as probas do sistema, incluíndo as limitacións do perfilador e as posibles melloras do sistema.
O obxectivo deste proxecto é desenvolver e caracterizar un novo sistema óptico en liña de alta velocidade para a inspección de defectos superficiais.O sistema de control baséase no principio da triangulación óptica e proporciona un método sen contacto para determinar o perfil tridimensional das superficies difusas.Os principais compoñentes do sistema de desenvolvemento inclúen un láser de diodo, unha cámara CMOS CCf15 e dous servomotores controlados por PC.O movemento da mostra, a captura de imaxes e o perfil de superficie 3D están programados no software LabView.A verificación dos datos capturados pódese facilitar creando un programa para a representación virtual dunha superficie dixitalizada en 3D e calculando os parámetros de rugosidade da superficie requiridos.Os servomotores utilízanse para mover a mostra nas direccións X e Y cunha resolución de 0,05 µm.O perfilador de superficies en liña sen contacto desenvolvido pode realizar unha dixitalización rápida e unha inspección de superficies de alta resolución.O sistema desenvolvido utilízase con éxito para crear perfís de superficie 2D automáticos, perfís de superficie 3D e medicións de rugosidade superficial na superficie de varios materiais de mostra.O equipo de inspección automatizado ten unha área de dixitalización XY de 12 x 12 mm.Para caracterizar e calibrar o sistema de perfilado desenvolvido, comparouse o perfil da superficie medido polo sistema coa mesma superficie medida mediante un microscopio óptico, microscopio binocular, AFM e Mitutoyo Surftest-402.
Os requisitos de calidade dos produtos e dos materiais empregados neles son cada vez máis esixentes.A solución a moitos problemas de garantía de calidade visual (QA) é o uso de sistemas automatizados de inspección de superficies en tempo real.Isto require unha calidade uniforme do produto cun alto rendemento.Polo tanto, son necesarios sistemas que sexan 100% capaces de probar materiais e superficies en tempo real.Para acadar este obxectivo, a combinación de tecnoloxía láser e tecnoloxía de control informático proporciona unha solución eficaz.Neste traballo desenvolveuse un sistema de dixitalización láser sen contacto de alta velocidade, baixo custo e alta precisión.O sistema é capaz de medir o grosor de obxectos sólidos opacos utilizando o principio da triangulación óptica láser.O sistema desenvolvido garante a precisión e reproducibilidade das medicións a nivel micrómetro.
O obxectivo deste proxecto é deseñar e desenvolver un sistema de inspección láser para a detección de defectos de superficie e avaliar o seu potencial para aplicacións en liña de alta velocidade.Os compoñentes principais do sistema de detección son un módulo de diodos láser como fonte de iluminación, unha cámara de acceso aleatorio CMOS como unidade de detección e unha etapa de tradución XYZ.Desenvolvéronse algoritmos para analizar os datos obtidos mediante a exploración de diversas superficies de mostra.O sistema de control baséase no principio da triangulación óptica.O raio láser incide oblicuamente na superficie da mostra.A diferenza de altura da superficie tómase entón como o movemento horizontal do punto láser sobre a superficie da mostra.Isto permite medir a altura mediante o método de triangulación.O sistema de detección desenvolvido calibrase primeiro para obter un factor de conversión que reflectirá a relación entre o desprazamento do punto medido polo sensor e o desprazamento vertical da superficie.Os experimentos realizáronse en diferentes superficies dos materiais da mostra: latón, aluminio e aceiro inoxidable.O sistema desenvolvido é capaz de xerar con precisión un mapa topográfico 3D dos defectos que se producen durante o funcionamento.Alcanzáronse unha resolución espacial duns 70 µm e unha resolución de profundidade de 60 µm.O rendemento do sistema tamén se verifica medindo a precisión das distancias medidas.
Os sistemas de dixitalización con láser de fibra de alta velocidade úsanse en ambientes de fabricación industrial automatizado para detectar defectos na superficie.Os métodos máis modernos para detectar defectos de superficie inclúen o uso de fibras ópticas para a iluminación e a detección de compoñentes.Esta tese inclúe o deseño e desenvolvemento dun novo sistema optoelectrónico de alta velocidade.Neste traballo investigáronse dúas fontes de LED, os LED (diodos emisores de luz) e os diodos láser.Unha fila de cinco díodos emisores e cinco fotodiodos receptores sitúase un fronte ao outro.A recollida de datos é controlada e analizada por un ordenador mediante o software LabVIEW.O sistema utilízase para medir as dimensións de defectos superficiais como buracos (1 mm), buratos cegos (2 mm) e muescas en diversos materiais.Os resultados mostran que, aínda que o sistema está pensado principalmente para dixitalización 2D, tamén pode funcionar como un sistema de imaxe 3D limitado.O sistema tamén demostrou que todos os materiais metálicos estudados eran capaces de reflectir sinais infravermellos.Un método recentemente desenvolvido que utiliza unha matriz de fibras inclinadas permite que o sistema alcance unha resolución axustable cunha resolución máxima do sistema de aproximadamente 100 µm (diámetro da fibra de recollida).O sistema utilizouse con éxito para medir o perfil da superficie, a rugosidade da superficie, o espesor e a reflectividade de varios materiais.Con este sistema pódense probar aluminio, aceiro inoxidable, latón, cobre, tuffnol e policarbonato.As vantaxes deste novo sistema son unha detección máis rápida, menor custo, menor tamaño, maior resolución e flexibilidade.
Deseñar, construír e probar novos sistemas para integrar e implantar novas tecnoloxías de sensores ambientais.Particularmente axeitado para aplicacións de monitorización de bacterias fecais
Modificación da micro-nano estrutura dos paneis fotovoltaicos solares de silicio para mellorar o abastecemento de enerxía
Un dos principais retos de enxeñaría aos que se enfronta a sociedade mundial hoxe en día é o abastecemento de enerxía sostible.É hora de que a sociedade comece a depender moito das enerxías renovables.O sol proporciona á terra enerxía libre, pero os métodos modernos de usar esta enerxía en forma de electricidade teñen algunhas limitacións.No caso das células fotovoltaicas, o principal problema é a insuficiente eficiencia de captación de enerxía solar.O micromecanizado con láser úsase habitualmente para crear interconexións entre capas activas fotovoltaicas como substratos de vidro, silicio hidroxenado e capas de óxido de cinc.Tamén se sabe que se pode obter máis enerxía aumentando a superficie dunha célula solar, por exemplo mediante o micromecanizado.Demostrouse que os detalles do perfil da superficie a nanoescala afectan a eficiencia de absorción de enerxía das células solares.O propósito deste traballo é investigar os beneficios de adaptar estruturas de células solares a micro, nano e mesoescala para proporcionar maior potencia.Variar os parámetros tecnolóxicos de tales microestruturas e nanoestruturas permitirá estudar a súa influencia na topoloxía superficial.As células probaranse para determinar a enerxía que producen cando se expoñan a niveis de luz electromagnética controlados experimentalmente.Establecerase unha relación directa entre a eficiencia celular e a textura superficial.
Os compostos de matriz metálica (MMC) están a converterse rapidamente en candidatos principais para o papel dos materiais estruturais en enxeñaría e electrónica.Aluminio (Al) e cobre (Cu) reforzados con SiC polas súas excelentes propiedades térmicas (por exemplo, baixo coeficiente de expansión térmica (CTE), alta condutividade térmica) e propiedades mecánicas melloradas (por exemplo, maior resistencia específica, mellor rendemento).É amplamente utilizado en varias industrias para resistencia ao desgaste e módulo específico.Recentemente, estes MMC de alta cerámica convertéronse nunha tendencia máis para aplicacións de control de temperatura en envases electrónicos.Normalmente, nos paquetes de dispositivos de potencia, utilízase aluminio (Al) ou cobre (Cu) como disipador térmico ou placa base para conectarse ao substrato cerámico que leva o chip e as estruturas de pin asociadas.A gran diferenza de coeficiente de expansión térmica (CTE) entre a cerámica e o aluminio ou o cobre é desvantaxosa porque reduce a fiabilidade do envase e tamén limita o tamaño do substrato cerámico que se pode unir ao substrato.
Ante esta deficiencia, agora é posible desenvolver, investigar e caracterizar novos materiais que cumpran estes requisitos para materiais mellorados térmicamente.Coa condutividade térmica mellorada e as propiedades do coeficiente de expansión térmica (CTE), MMC CuSiC e AlSiC son agora solucións viables para envases de produtos electrónicos.Este traballo avaliará as propiedades termofísicas únicas destes MMC e as súas posibles aplicacións para a xestión térmica de paquetes electrónicos.
As compañías petroleiras experimentan corrosión significativa na zona de soldadura dos sistemas da industria de petróleo e gas feitos de aceiros de carbono e baixa aliaxe.En ambientes que conteñen CO2, os danos pola corrosión adoitan atribúense ás diferenzas na resistencia das películas protectoras contra a corrosión depositadas en varias microestruturas de aceiro carbono.A corrosión local no metal de soldadura (WM) e na zona afectada pola calor (HAZ) débese principalmente a efectos galvánicos debido ás diferenzas na composición da aliaxe e na microestrutura.Investigáronse as características microestruturais do metal base (PM), WM e HAZ para comprender o efecto da microestrutura no comportamento á corrosión das unións soldadas de aceiro suave.Realizáronse probas de corrosión nunha disolución de NaCl ao 3,5% saturada con CO2 en condicións desoxixenadas a temperatura ambiente (20±2°C) e pH 4,0±0,3.A caracterización do comportamento á corrosión realizouse mediante métodos electroquímicos para a determinación do potencial de circuíto aberto, exploración potenciodinámica e resistencia de polarización lineal, así como caracterización metalográfica xeral mediante microscopía óptica.As principais fases morfolóxicas detectadas son a ferrita acicular, a austenita retida e a estrutura martensítico-bainítica en WM.Son menos comúns en HAZ.Atopáronse comportamentos electroquímicos e taxas de corrosión significativamente diferentes en PM, VM e HAZ.
Os traballos obxecto deste proxecto están dirixidos a mellorar a eficiencia eléctrica das bombas sumerxibles.As esixencias da industria das bombas para avanzar nesta dirección aumentaron recentemente coa introdución dunha nova lexislación da UE que esixe que a industria no seu conxunto alcance niveis novos e máis altos de eficiencia.Este traballo analiza o uso dunha camisa de refrixeración para arrefriar a zona do solenoide da bomba e propón melloras no deseño.En particular, caracterízase o fluxo de fluído e a transferencia de calor nas camisas de refrixeración das bombas operativas.As melloras no deseño da chaqueta proporcionarán unha mellor transferencia de calor á zona do motor da bomba, o que resultará nunha mellora da eficiencia da bomba á vez que reduce o arrastre inducido.Para este traballo, engadiuse un sistema de proba de bomba montado en fosa seca ao tanque de proba existente de 250 m3.Isto permite o seguimento da cámara de alta velocidade do campo de fluxo e unha imaxe térmica da carcasa da bomba.O campo de fluxo validado pola análise CFD permite experimentar, probar e comparar deseños alternativos para manter as temperaturas de funcionamento o máis baixas posible.O deseño orixinal da bomba de polos M60-4 resistiu unha temperatura máxima da carcasa da bomba externa de 45 °C e unha temperatura máxima do estator de 90 °C.A análise de varios deseños de modelos mostra cales son máis útiles para sistemas máis eficientes e cales non se deben utilizar.En particular, o deseño da bobina de refrixeración integrada non ten ningunha mellora con respecto ao deseño orixinal.O aumento do número de palas do impulsor de catro a oito reduciu a temperatura de funcionamento medida na carcasa en sete graos centígrados.
A combinación de alta densidade de potencia e tempo de exposición reducido no procesado de metais produce un cambio na microestrutura superficial.A obtención da combinación óptima de parámetros de proceso láser e velocidade de arrefriamento é fundamental para cambiar a estrutura do gran e mellorar as propiedades tribolóxicas da superficie do material.O obxectivo principal deste estudo foi investigar o efecto do procesamento rápido con láser pulsado nas propiedades tribolóxicas dos biomateriais metálicos dispoñibles comercialmente.Este traballo dedícase á modificación da superficie láser de aceiro inoxidable AISI 316L e Ti-6Al-4V.Utilizouse un láser de CO2 pulsado de 1,5 kW para estudar a influencia de varios parámetros do proceso do láser e a microestrutura e morfoloxía da superficie resultante.Usando unha mostra cilíndrica rotada perpendicularmente á dirección da radiación láser, variouse a intensidade da radiación láser, o tempo de exposición, a densidade de fluxo de enerxía e o ancho do pulso.A caracterización realizouse mediante SEM, EDX, medicións de rugosidade da agulla e análise XRD.Tamén se implementou un modelo de predición da temperatura superficial para establecer os parámetros iniciais do proceso experimental.Despois realizouse un mapeo do proceso para determinar unha serie de parámetros específicos para o tratamento con láser da superficie do aceiro fundido.Existe unha forte correlación entre a iluminación, o tempo de exposición, a profundidade de procesamento e a rugosidade da mostra procesada.O aumento da profundidade e rugosidade dos cambios microestruturais asociáronse con niveis e tempos de exposición máis altos.Ao analizar a rugosidade e profundidade da zona tratada, utilízanse modelos de fluencia enerxética e temperatura superficial para predicir o grao de fusión que se producirá na superficie.A medida que aumenta o tempo de interacción do raio láser, a rugosidade superficial do aceiro aumenta para varios niveis de enerxía de pulso estudados.Aínda que se observou que a estrutura da superficie conservaba o aliñamento normal dos cristais, observáronse cambios na orientación dos grans nas áreas tratadas con láser.
Análise e caracterización do comportamento do estrés tisular e as súas implicacións para o deseño de andamios
Neste proxecto, desenvolvéronse varias xeometrías de andamio diferentes e realizouse análise de elementos finitos para comprender as propiedades mecánicas da estrutura ósea, o seu papel no desenvolvemento do tecido e a máxima distribución de tensión e tensión na armazón.Recolléronse exploracións de tomografía computarizada (TC) de mostras de óso trabecular ademais de estruturas de andamio deseñadas con CAD.Estes deseños permiten crear e probar prototipos, así como realizar FEM destes deseños.Realizáronse medicións mecánicas de microdeformacións en andamios fabricados e mostras trabeculares do óso da cabeza femoral e estes resultados comparáronse cos obtidos pola FEA para as mesmas estruturas.Crese que as propiedades mecánicas dependen da forma (estrutura) dos poros deseñados, o tamaño dos poros (120, 340 e 600 µm) e as condicións de carga (con ou sen bloques de carga).Os cambios nestes parámetros investigáronse para armazóns porosas de 8 mm3, 22,7 mm3 e 1000 mm3 co fin de estudar exhaustivamente o seu efecto sobre a distribución de tensións.Os resultados de experimentos e simulacións mostran que o deseño xeométrico da estrutura xoga un papel importante na distribución do estrés, e destacan o gran potencial do deseño da armazón para mellorar a rexeneración ósea.Xeralmente, o tamaño dos poros é máis importante que o nivel de porosidade para determinar o nivel máximo de tensión global.Non obstante, o nivel de porosidade tamén é importante para determinar a osteocondutividade das estruturas de andamio.A medida que o nivel de porosidade aumenta do 30% ao 70%, o valor máximo de tensión aumenta significativamente para o mesmo tamaño de poro.
O tamaño dos poros da estada tamén é importante para o método de fabricación.Todos os métodos modernos de prototipado rápido teñen certas limitacións.Aínda que a fabricación convencional é máis versátil, os deseños máis complexos e pequenos adoitan ser imposibles de fabricar.A maioría destas tecnoloxías son actualmente incapaces de producir de forma sostible poros por debaixo de 500 µm.Así, os resultados cun tamaño de poro de 600 µm neste traballo son máis relevantes para as capacidades de produción das tecnoloxías de fabricación rápida actuais.A estrutura hexagonal presentada, aínda que considerada só nunha dirección, sería a estrutura máis anisotrópica en comparación coas estruturas baseadas no cubo e triángulo.As estruturas cúbicas e triangulares son relativamente isótropas en comparación coas estruturas hexagonais.A anisotropía é importante cando se considera a osteocondutividade do andamio deseñado.A distribución da tensión e a localización da abertura afectan ao proceso de remodelación, e as diferentes condicións de carga poden cambiar o valor máximo de tensión e a súa localización.A dirección de carga predominante debería promover o tamaño e a distribución dos poros para permitir que as células crezan en poros máis grandes e proporcionen nutrientes e materiais de construción.Outra conclusión interesante deste traballo, ao examinar a distribución da tensión na sección transversal dos piares, é que se rexistran valores de tensión máis altos na superficie dos piares en comparación co centro.Neste traballo, demostrouse que o tamaño dos poros, o nivel de porosidade e o método de carga están intimamente relacionados cos niveis de tensión experimentados na estrutura.Estes achados demostran a posibilidade de crear estruturas de punta nas que os niveis de tensión na superficie do puntal poidan variar en maior medida, o que pode promover a adhesión e o crecemento celular.
Os andamios de substitución ósea sintética ofrecen a oportunidade de adaptar individualmente as propiedades, superar a limitada dispoñibilidade de doantes e mellorar a osteointegración.A enxeñería ósea ten como obxectivo abordar estes problemas proporcionando enxertos de alta calidade que se poden subministrar en grandes cantidades.Nestas aplicacións, tanto a xeometría interna como a externa do andamio son de gran importancia, xa que teñen un impacto significativo nas propiedades mecánicas, na permeabilidade e na proliferación celular.A tecnoloxía de prototipado rápido permite o uso de materiais non estándar cunha xeometría determinada e optimizada, fabricados con gran precisión.Este artigo explora a capacidade das técnicas de impresión 3D para fabricar xeometrías complexas de andamios esqueléticos utilizando materiais de fosfato de calcio biocompatible.Os estudos preliminares do material propietario mostran que se pode conseguir o comportamento mecánico direccional previsto.As medicións reais das propiedades mecánicas direccionais das mostras fabricadas mostraron as mesmas tendencias que os resultados da análise de elementos finitos (FEM).Este traballo tamén demostra a viabilidade da impresión 3D para fabricar andamios de xeometría de enxeñería de tecidos a partir dun cemento de fosfato de calcio biocompatible.As armazóns realizáronse imprimindo cunha solución acuosa de hidróxeno fosfato disódico sobre unha capa de po formada por unha mestura homoxénea de hidróxeno fosfato de calcio e hidróxido de calcio.A reacción de deposición química húmida ten lugar no leito de po da impresora 3D.Realizáronse mostras sólidas para medir as propiedades mecánicas da compresión volumétrica do cemento de fosfato de calcio (CPC) fabricado.As pezas así producidas tiñan un módulo de elasticidade medio de 3,59 MPa e unha resistencia media a compresión de 0,147 MPa.A sinterización leva a un aumento significativo das propiedades de compresión (E = 9,15 MPa, σt = 0,483 MPa), pero reduce a superficie específica do material.Como resultado da sinterización, o cemento de fosfato cálcico descompónse en fosfato tricálcico β (β-TCP) e hidroxiapatita (HA), o que está confirmado polos datos da análise termogravimétrica e térmica diferencial (TGA/DTA) e da análise de difracción de raios X. XRD).as propiedades son insuficientes para implantes altamente cargados, onde a resistencia requirida é de 1,5 a 150 MPa e a rixidez a compresión supera os 10 MPa.Non obstante, un posterior procesamento, como a infiltración con polímeros biodegradables, pode facer que estas estruturas sexan adecuadas para aplicacións de stent.
Obxectivo: a investigación en mecánica do solo demostrou que a vibración aplicada aos áridos produce un aliñamento de partículas máis eficiente e unha redución da enerxía necesaria para actuar sobre o árido.O noso obxectivo era desenvolver un método para o impacto da vibración no proceso de impactación ósea e avaliar o seu efecto sobre as propiedades mecánicas dos enxertos impactados.
Fase 1: Molienda de 80 cabezas de fémur bovino mediante un molino de ósos Noviomagus.Despois lavábanse os enxertos mediante un sistema de lavado con solución salina pulsada nunha bandexa de peneira.Desenvolveuse un dispositivo de vibroimpacto, equipado con dous motores de 15 V DC con pesos excéntricos fixados no interior dun cilindro metálico.Lanza un peso sobre el desde unha altura determinada 72 veces para reproducir o proceso de golpear un óso.Probouse o rango de frecuencia de vibración medido cun acelerómetro instalado na cámara de vibración.Despois, cada proba de cizallamento repetiuse a catro cargas normais diferentes para obter unha serie de curvas tensión-deformación.Construíronse envolventes de falla de Mohr-Coulomb para cada proba, a partir das cales se derivaron os valores de resistencia ao corte e bloqueo.
Fase 2: repita o experimento engadindo sangue para reproducir o rico ambiente atopado nos escenarios cirúrxicos.
Etapa 1: os enxertos con vibración aumentada en todas as frecuencias de vibración mostraron unha maior resistencia ao corte en comparación co impacto sen vibración.A vibración a 60 Hz tivo o maior impacto e foi significativa.
Etapa 2: o enxerto con impacto vibratorio adicional en áridos saturados mostrou unha menor resistencia ao cizallamento para todas as cargas de compresión normais que o impacto sen vibración.
Conclusión: os principios da enxeñaría civil son aplicables á implantación do óso implantado.Nos áridos secos, a adición de vibración pode mellorar as propiedades mecánicas das partículas de impacto.No noso sistema, a frecuencia de vibración óptima é de 60 Hz.En áridos saturados, un aumento da vibración afecta negativamente á resistencia ao corte do árido.Isto pódese explicar polo proceso de licuefacción.
O obxectivo deste traballo foi deseñar, construír e probar un sistema que poida perturbar aos suxeitos que se atopan sobre el para valorar a súa capacidade de resposta a estes cambios.Isto pódese facer inclinando rapidamente a superficie na que a persoa está de pé e despois devolvéndoa a unha posición horizontal.A partir diso é posible determinar se os suxeitos foron capaces de manter un estado de equilibrio e canto tempo tardaron en restaurar este estado de equilibrio.Este estado de equilibrio determinarase medindo a influencia postural do suxeito.O seu balance postural natural foi medido cun panel de perfil de presión do pé para determinar canto foi o balance durante a proba.O sistema tamén está deseñado para ser máis versátil e asequible que o dispoñible comercialmente actualmente, xa que, aínda que estas máquinas son importantes para a investigación, actualmente non son moi utilizadas debido ao seu alto custo.O sistema recentemente desenvolvido que se presenta neste artigo utilizouse para mover obxectos de proba de ata 100 kg.
Neste traballo deseñaron seis experimentos de laboratorio en enxeñaría e ciencias físicas para mellorar o proceso de aprendizaxe dos estudantes.Isto conséguese instalando e creando instrumentos virtuais para estes experimentos.O uso de instrumentos virtuais compárase directamente cos métodos tradicionais de ensinanza de laboratorio, e exponse as bases para o desenvolvemento de ambos enfoques.Os traballos previos que empregaron a aprendizaxe asistida por ordenador (CBL) en proxectos similares relacionados con este traballo utilizáronse para avaliar algúns dos beneficios dos instrumentos virtuais, especialmente aqueles relacionados co aumento do interese dos estudantes, a retención da memoria, a comprensión e, en definitiva, a elaboración de informes de laboratorio..beneficios relacionados.O experimento virtual discutido neste estudo é unha versión revisada do experimento de estilo tradicional e, polo tanto, ofrece unha comparación directa da nova técnica CBL co laboratorio de estilo tradicional.Non hai diferenza conceptual entre as dúas versións do experimento, a única diferenza está na forma en que se presenta.A eficacia destes métodos de CBL avaliouse observando o rendemento dos alumnos utilizando o instrumento virtual en comparación con outros alumnos da mesma clase que realizan o modo experimental tradicional.Todos os estudantes son avaliados mediante a presentación de informes, preguntas de opción múltiple relacionadas cos seus experimentos e cuestionarios.Os resultados deste estudo tamén foron comparados con outros estudos relacionados no campo da CBL.
Hora de publicación: 19-feb-2023