Le but de ce travail est de développer un processus de traitement laser automatisé avec une précision dimensionnelle élevée et des coûts de processus prédéterminés.Ce travail comprend l'analyse des modèles de prévision de la taille et des coûts pour la fabrication laser de microcanaux internes Nd:YVO4 en PMMA et le traitement laser interne du polycarbonate pour la fabrication de dispositifs microfluidiques.Pour atteindre ces objectifs du projet, ANN et DoE ont comparé la taille et le coût des systèmes laser CO2 et Nd:YVO4.Une mise en œuvre complète d'un contrôle par rétroaction avec une précision submicronique de positionnement linéaire avec rétroaction du codeur est mise en œuvre.En particulier, l'automatisation du rayonnement laser et du positionnement des échantillons est contrôlée par FPGA.Une connaissance approfondie des procédures d'exploitation et du logiciel du système Nd:YVO4 a permis de remplacer l'unité de contrôle par un contrôleur d'automatisation programmable (PAC) Compact-Rio, ce qui a été réalisé lors de l'étape de positionnement 3D à retour haute résolution des encodeurs submicroniques LabVIEW Code Control. .L'automatisation complète de ce processus dans le code LabVIEW est en cours de développement.Les travaux actuels et futurs comprennent des mesures de l'exactitude dimensionnelle, de la précision et de la reproductibilité des systèmes de conception, ainsi que l'optimisation connexe de la géométrie des microcanaux pour la fabrication de dispositifs microfluidiques et de laboratoire sur puce pour les applications chimiques/analytiques et la science de la séparation.
De nombreuses applications de pièces moulées en métal semi-dur (SSM) nécessitent d'excellentes propriétés mécaniques.Des propriétés mécaniques exceptionnelles telles que la résistance à l'usure, une résistance élevée et une rigidité dépendent des caractéristiques de la microstructure créées par la granulométrie ultra fine.Cette taille de grain dépend généralement de l'aptitude au traitement optimale du SSM.Cependant, les pièces moulées SSM contiennent souvent une porosité résiduelle, ce qui est extrêmement préjudiciable aux performances.Dans ce travail, les processus importants de moulage de métaux semi-durs pour obtenir des pièces de meilleure qualité seront explorés.Ces pièces doivent avoir une porosité réduite et des caractéristiques microstructurales améliorées, notamment une granulométrie ultra fine et une distribution uniforme des précipités durcissants et de la composition des microéléments d'alliage.En particulier, l'influence de la méthode de prétraitement temps-température sur le développement de la microstructure souhaitée sera analysée.Les propriétés résultant de l'amélioration de la masse, telles que l'augmentation de la résistance, de la dureté et de la rigidité, seront étudiées.
Ce travail est une étude de la modification laser de la surface de l'acier à outils H13 en utilisant un mode de traitement laser pulsé.Le premier plan de criblage expérimental réalisé a abouti à un plan détaillé plus optimisé.Un laser au dioxyde de carbone (CO2) d'une longueur d'onde de 10,6 µm est utilisé.Dans le plan expérimental de l'étude, des spots laser de trois tailles différentes ont été utilisés : 0,4, 0,2 et 0,09 mm de diamètre.D'autres paramètres contrôlables sont la puissance maximale du laser, le taux de répétition des impulsions et le chevauchement des impulsions.Le gaz argon à une pression de 0,1 MPa facilite constamment le traitement laser.L'échantillon H13 a été rendu rugueux et chimiquement gravé avant le traitement pour augmenter l'absorptivité de la surface à la longueur d'onde du laser CO2.Des échantillons traités au laser ont été préparés pour des études métallographiques et leurs propriétés physiques et mécaniques ont été caractérisées.Des études métallographiques et des analyses de la composition chimique ont été réalisées en utilisant la microscopie électronique à balayage en combinaison avec la spectrométrie à rayons X à dispersion d'énergie.La détection de la cristallinité et de la phase de la surface modifiée a été réalisée à l'aide d'un système XRD avec un rayonnement Cu Kα et une longueur d'onde de 1, 54 Å.Le profil de la surface est mesuré à l'aide d'un système de profilage à stylet.Les propriétés de dureté des surfaces modifiées ont été mesurées par microindentation au diamant Vickers.L'influence de la rugosité de la surface sur les propriétés de fatigue des surfaces modifiées a été étudiée à l'aide d'un système de fatigue thermique spécialement fabriqué.Il a été observé qu'il était possible d'obtenir des grains de surface modifiés de tailles ultrafines inférieures à 500 nm.Une profondeur de surface améliorée comprise entre 35 et 150 µm a été obtenue sur les échantillons H13 traités au laser.La cristallinité de la surface H13 modifiée est considérablement réduite, ce qui est associé à une répartition aléatoire des cristallites après traitement laser.La rugosité de surface moyenne corrigée minimale de H13 Ra est de 1,9 µm.Une autre découverte importante est que la dureté de la surface H13 modifiée varie de 728 à 905 HV0,1 selon différents réglages du laser.Une relation entre les résultats de simulation thermique (vitesses de chauffage et de refroidissement) et les résultats de dureté a été établie pour mieux comprendre l'effet des paramètres laser.Ces résultats sont importants pour le développement de méthodes de durcissement de surface visant à améliorer la résistance à l'usure et les revêtements de protection thermique.
Propriétés d'impact paramétriques des ballons de sport solides afin de développer des noyaux typiques pour le sliotar GAA
L'objectif principal de cette étude est de caractériser le comportement dynamique du noyau sliotar lors de l'impact.Les caractéristiques viscoélastiques de la balle ont été étudiées pour une gamme de vitesses d'impact.Les sphères polymères modernes sont sensibles à la vitesse de déformation, tandis que les sphères traditionnelles à plusieurs composants dépendent de la déformation.La réponse viscoélastique non linéaire est définie par deux valeurs de rigidité : la rigidité initiale et la rigidité globale.Les balles traditionnelles sont 2,5 fois plus rigides que les balles modernes, en fonction de la vitesse.Le taux d'augmentation plus rapide de la rigidité des balles conventionnelles se traduit par un COR par rapport à la vitesse plus non linéaire par rapport aux balles modernes.Les résultats de rigidité dynamique montrent une applicabilité limitée des tests quasi-statiques et des équations de la théorie des ressorts.Une analyse du comportement de la déformation sphérique montre que le déplacement du centre de gravité et la compression diamétrale ne sont pas cohérents pour tous les types de sphères.Grâce à de nombreuses expériences de prototypage, l’effet des conditions de fabrication sur les performances du ballon a été étudié.Les paramètres de production de température, de pression et de composition du matériau variaient pour produire une gamme de balles.La dureté du polymère affecte la rigidité mais pas la dissipation d'énergie, augmenter la rigidité augmente la rigidité de la balle.Les additifs nucléants affectent la réactivité de la bille, une augmentation de la quantité d'additifs entraîne une diminution de la réactivité de la bille, mais cet effet est sensible au grade du polymère.L'analyse numérique a été réalisée à l'aide de trois modèles mathématiques pour simuler la réponse du ballon à l'impact.Le premier modèle s'est avéré capable de reproduire le comportement du ballon seulement dans une mesure limitée, bien qu'il ait déjà été utilisé avec succès sur d'autres types de ballons.Le deuxième modèle a montré une représentation raisonnable de la réponse à l’impact de la balle qui était généralement applicable à tous les types de balle testés, mais la précision de la prédiction de la réponse force-déplacement n’était pas aussi élevée que celle requise pour une mise en œuvre à grande échelle.Le troisième modèle a montré une précision nettement meilleure lors de la simulation de la réponse du ballon.Les valeurs de force générées par le modèle pour ce modèle sont cohérentes à 95 % avec les données expérimentales.
Ce travail a atteint deux objectifs principaux.L'un est la conception et la fabrication d'un viscosimètre capillaire à haute température, et le second est la simulation de l'écoulement de métaux semi-solides pour faciliter la conception et fournir des données à des fins de comparaison.Un viscosimètre capillaire à haute température a été construit et utilisé pour les tests initiaux.L'appareil sera utilisé pour mesurer la viscosité des métaux semi-durs dans des conditions de températures élevées et de taux de cisaillement similaires à ceux utilisés dans l'industrie.Le viscosimètre capillaire est un système à point unique qui peut calculer la viscosité en mesurant le débit et la chute de pression à travers le capillaire, puisque la viscosité est directement proportionnelle à la chute de pression et inversement proportionnelle au débit.Les critères de conception incluent des exigences relatives à des températures bien contrôlées jusqu'à 800 °C, des taux de cisaillement d'injection supérieurs à 10 000 s-1 et des profils d'injection contrôlés.Un modèle théorique bidimensionnel biphasé dépendant du temps a été développé à l'aide du logiciel FLUENT pour la dynamique des fluides computationnelle (CFD).Ceci a été utilisé pour évaluer la viscosité des métaux semi-solides lorsqu'ils traversent un viscosimètre capillaire conçu à des vitesses d'injection de 0,075, 0,5 et 1 m/s.L'effet d'une fraction de solides métalliques (fs) de 0,25 à 0,50 a également été étudié.Pour l’équation de viscosité en loi de puissance utilisée pour développer le modèle Fluent, une forte corrélation a été notée entre ces paramètres et la viscosité résultante.
Cet article étudie l'effet des paramètres de processus sur la production de composites à matrice métallique (MMC) Al-SiC dans un processus de compostage par lots.Les paramètres de processus étudiés comprenaient la vitesse de l'agitateur, le temps d'agitation, la géométrie de l'agitateur, la position de l'agitateur et la température du liquide métallique (viscosité).Des simulations visuelles ont été réalisées à température ambiante (25 ± C), des simulations informatiques et des tests de vérification pour la production de MMC Al-SiC.Dans les simulations visuelles et informatiques, l’eau et la glycérine/eau ont été utilisées pour représenter respectivement l’aluminium liquide et semi-solide.Les effets de viscosités de 1, 300, 500, 800 et 1 000 mPa.s et de vitesses d'agitation de 50, 100, 150, 200, 250 et 300 tr/min ont été étudiés.10 rouleaux par pièce.% de particules de SiC renforcées, similaires à celles utilisées dans l'aluminium MMK, ont été utilisées dans des tests de visualisation et de calcul.Les tests d'imagerie ont été effectués dans des béchers en verre transparent.Des simulations informatiques ont été réalisées à l'aide de Fluent (programme CFD) et du package MixSim en option.Cela inclut la simulation 2D multiphasée axisymétrique dépendant du temps des itinéraires de production à l’aide du modèle eulérien (granulaire).La dépendance du temps de dispersion des particules, du temps de sédimentation et de la hauteur du vortex sur la géométrie du mélange et la vitesse de rotation de l'agitateur a été établie.Pour un agitateur à palettes °at, un angle de palette de 60 degrés s'est avéré mieux adapté pour obtenir rapidement une dispersion uniforme des particules.A l'issue de ces tests, il a été constaté que pour obtenir une répartition uniforme du SiC, la vitesse d'agitation était de 150 tr/min pour le système eau-SiC et de 300 tr/min pour le système glycérol/eau-SiC.Il a été constaté que l'augmentation de la viscosité de 1 mPa.s (pour le métal liquide) à 300 mPa.s (pour le métal semi-solide) avait un impact énorme sur la dispersion et le temps de dépôt du SiC.Cependant, une nouvelle augmentation de 300 mPa.s à 1 000 mPa.s n'a que peu d'effet sur ce temps.Une partie importante de ce travail comprenait la conception, la construction et la validation d'une machine de coulée à durcissement rapide dédiée à cette méthode de traitement à haute température.La machine se compose d'un agitateur à quatre pales plates inclinées à 60 degrés et d'un creuset dans une chambre de four à chauffage résistif.L'installation comprend un actionneur qui éteint rapidement le mélange traité.Cet équipement est utilisé pour la production de matériaux composites Al-SiC.En général, un bon accord a été trouvé entre les résultats de visualisation, de calcul et de tests expérimentaux.
Il existe de nombreuses techniques de prototypage rapide (RP) qui ont été développées pour une utilisation à grande échelle, principalement au cours de la dernière décennie.Les systèmes de prototypage rapide disponibles aujourd'hui dans le commerce utilisent diverses technologies utilisant du papier, de la cire, des résines photopolymérisables, des polymères et de nouvelles poudres métalliques.Le projet comprenait une méthode de prototypage rapide, Fused Deposition Modeling, commercialisée pour la première fois en 1991. Dans ce travail, une nouvelle version du système de modélisation par surfaçage à l'aide de cire a été développée et utilisée.Ce projet décrit la conception de base du système et la méthode de dépôt de cire.Les machines FDM créent des pièces en extrudant un matériau semi-fondu sur une plate-forme selon un motif prédéterminé à travers des buses chauffées.La buse d'extrusion est montée sur une table XY pilotée par un système informatique.En combinaison avec le contrôle automatique du mécanisme du piston et de la position du déposant, des modèles précis sont produits.Des couches simples de cire sont empilées les unes sur les autres pour créer des objets 2D et 3D.Les propriétés de la cire ont également été analysées pour optimiser le processus de production des modèles.Ceux-ci incluent la température de transition de phase de la cire, la viscosité de la cire et la forme de la goutte de cire pendant le traitement.
Au cours des cinq dernières années, des équipes de recherche du pôle scientifique de la division Dublin de la City University ont développé deux processus de micro-usinage laser capables de créer des canaux et des voxels avec une résolution reproductible à l’échelle du micron.Ce travail se concentre sur l’utilisation de matériaux personnalisés pour isoler des biomolécules cibles.Des travaux préliminaires démontrent que de nouvelles morphologies de mélange capillaire et de canaux de surface peuvent être créées pour améliorer les capacités de séparation.Ce travail se concentrera sur l'application des outils de micro-usinage disponibles pour concevoir des géométries de surface et des canaux qui permettront d'améliorer la séparation et la caractérisation des systèmes biologiques.L'application de ces systèmes suivra l'approche du laboratoire sur puce à des fins de biodiagnostic.Les dispositifs fabriqués à l'aide de cette technologie développée seront utilisés dans le laboratoire microfluidique du projet sur puce.L'objectif du projet est d'utiliser des techniques de conception expérimentale, d'optimisation et de simulation pour établir une relation directe entre les paramètres de traitement laser et les caractéristiques des canaux à l'échelle micro et nanométrique, et d'utiliser ces informations pour améliorer les canaux de séparation dans ces microtechnologies.Les résultats spécifiques des travaux comprennent : la conception de canaux et la morphologie de surface pour améliorer la science de la séparation ;étapes monolithiques de pompage et d'extraction dans des puces intégrées ;séparation des biomolécules cibles sélectionnées et extraites sur des puces intégrées.
Génération et contrôle de gradients de température temporels et de profils longitudinaux le long de colonnes capillaires LC à l'aide de réseaux Peltier et de thermographie infrarouge
Une nouvelle plate-forme de contact direct pour un contrôle précis de la température des colonnes capillaires a été développée sur la base de l'utilisation de cellules Peltier thermoélectriques contrôlées individuellement et disposées en série.La plateforme permet un contrôle rapide de la température pour les colonnes capillaires et micro LC et permet une programmation simultanée des températures temporelles et spatiales.La plateforme fonctionne sur une plage de températures de 15 à 200°C avec une vitesse de rampe d'environ 400°C/min pour chacune des 10 cellules Peltier alignées.Le système a été évalué pour plusieurs modes de mesure capillaires non standard, tels que l'application directe de gradients de température avec des profils linéaires et non linéaires, y compris des gradients de température de colonne statique et des gradients de température temporels, des gradients précis de température contrôlée, des capillaires monolithiques polymérisés. phases stationnaires et fabrication de phases monolithiques dans des canaux microfluidiques (sur puce).L'instrument peut être utilisé avec des systèmes de chromatographie standard et sur colonne.
Focalisation électrohydrodynamique dans un dispositif microfluidique plan bidimensionnel pour la préconcentration de petits analytes
Ce travail comprend la focalisation électrohydrodynamique (EHDF) et le transfert de photons pour aider au développement du pré-enrichissement et de l'identification des espèces.L'EHDF est une méthode de focalisation équilibrée en ions basée sur l'établissement d'un équilibre entre les forces hydrodynamiques et électriques, dans lequel les ions d'intérêt deviennent stationnaires.Cette étude présente une nouvelle méthode utilisant un dispositif microfluidique planaire à espace plat 2D ouvert 2D au lieu du système de microcanaux conventionnel.De tels dispositifs peuvent préconcentrer de grandes quantités de substances et sont relativement faciles à fabriquer.Cette étude présente les résultats d'une simulation nouvellement développée utilisant COMSOL Multiphysics® 3.5a.Les résultats de ces modèles ont été comparés aux résultats expérimentaux pour tester les géométries d'écoulement identifiées et les zones de forte concentration.Le modèle microfluidique numérique développé a été comparé aux expériences publiées précédemment et les résultats étaient très cohérents.Sur la base de ces simulations, un nouveau type de navire a été recherché pour offrir des conditions optimales à l'EHDF.Les résultats expérimentaux utilisant la puce ont surpassé les performances du modèle.Dans les puces microfluidiques fabriquées, un nouveau mode a été observé, appelé EGDP latéral, lorsque la substance étudiée était focalisée perpendiculairement à la tension appliquée.Parce que la détection et l’imagerie sont des aspects clés de ces systèmes de pré-enrichissement et d’identification des espèces.Des modèles numériques et une vérification expérimentale de la propagation de la lumière et de la distribution de l'intensité lumineuse dans des systèmes microfluidiques bidimensionnels sont présentés.Le modèle numérique développé de propagation de la lumière a été vérifié expérimentalement avec succès à la fois en termes de trajet réel de la lumière à travers le système et en termes de distribution d'intensité, ce qui a donné des résultats pouvant être intéressants pour l'optimisation des systèmes de photopolymérisation, ainsi que pour les systèmes de détection optique. utilisant des capillaires..
Selon la géométrie, les microstructures peuvent être utilisées dans les télécommunications, la microfluidique, les microcapteurs, l'entreposage de données, la découpe du verre et le marquage décoratif.Dans ce travail, la relation entre les réglages des paramètres du système laser Nd:YVO4 et CO2 et la taille et la morphologie des microstructures a été étudiée.Les paramètres étudiés du système laser incluent la puissance P, le taux de répétition des impulsions PRF, le nombre d'impulsions N et la vitesse de balayage U. Les dimensions de sortie mesurées incluent les diamètres de voxels équivalents ainsi que la largeur, la profondeur et la rugosité de la surface du microcanal.Un système de micro-usinage 3D a été développé à l’aide d’un laser Nd:YVO4 (2,5 W, 1,604 µm, 80 ns) pour fabriquer des microstructures à l’intérieur d’échantillons de polycarbonate.Les voxels microstructuraux ont un diamètre de 48 à 181 µm.Le système fournit également une mise au point précise en utilisant des objectifs de microscope pour créer des voxels plus petits dans la plage de 5 à 10 µm dans des échantillons de verre sodocalcique, de silice fondue et de saphir.Un laser CO2 (1,5 kW, 10,6 µm, durée d'impulsion minimale de 26 µs) a été utilisé pour créer des microcanaux dans les échantillons de verre sodocalcique.La forme de la section transversale des microcanaux variait considérablement entre les rainures en V, les rainures en U et les sites d'ablation superficiels.Les tailles des microcanaux varient également beaucoup : de 81 à 365 µm de largeur, de 3 à 379 µm de profondeur, et une rugosité de surface de 2 à 13 µm, selon l'installation.Les tailles des microcanaux ont été examinées en fonction des paramètres de traitement laser en utilisant la méthodologie de surface de réponse (RSM) et la conception d'expériences (DOE).Les résultats collectés ont été utilisés pour étudier l’effet des paramètres du processus sur le taux d’ablation volumétrique et massique.De plus, un modèle mathématique du processus thermique a été développé pour aider à comprendre le processus et permettre de prédire la topologie du canal avant la fabrication réelle.
L'industrie de la métrologie est toujours à la recherche de nouvelles façons d'explorer et de numériser avec précision et rapidité la topographie des surfaces, notamment en calculant les paramètres de rugosité de la surface et en créant des nuages de points (ensembles de points tridimensionnels décrivant une ou plusieurs surfaces) pour la modélisation ou l'ingénierie inverse.Des systèmes existent et les systèmes optiques ont gagné en popularité au cours de la dernière décennie, mais la plupart des profileurs optiques sont coûteux à l'achat et à la maintenance.Selon le type de système, les profileurs optiques peuvent également être difficiles à concevoir et leur fragilité peut ne pas convenir à la plupart des applications en atelier ou en usine.Ce projet couvre le développement d'un profileur utilisant les principes de la triangulation optique.Le système développé dispose d'une surface de table de numérisation de 200 x 120 mm et d'une plage de mesure verticale de 5 mm.La position du capteur laser au-dessus de la surface cible est également réglable de 15 mm.Un programme de contrôle a été développé pour l'analyse automatique des pièces et des surfaces sélectionnées par l'utilisateur.Ce nouveau système se caractérise par sa précision dimensionnelle.L'erreur cosinusoïdale maximale mesurée du système est de 0,07°.La précision dynamique du système est mesurée à 2 µm sur l’axe Z (hauteur) et à environ 10 µm sur les axes X et Y.Le rapport de taille entre les pièces numérisées (pièces de monnaie, vis, rondelles et matrices de lentilles en fibre) était bon.Les tests du système seront également abordés, y compris les limitations du profileur et les améliorations possibles du système.
L'objectif de ce projet est de développer et de caractériser un nouveau système optique en ligne à haut débit pour l'inspection des défauts de surface.Le système de contrôle est basé sur le principe de la triangulation optique et fournit une méthode sans contact pour déterminer le profil tridimensionnel des surfaces diffuses.Les principaux composants du système de développement comprennent un laser à diode, une caméra CMOS CCf15 et deux servomoteurs contrôlés par PC.Le mouvement des échantillons, la capture d'images et le profilage de surface 3D sont programmés dans le logiciel LabView.La vérification des données capturées peut être facilitée en créant un programme de rendu virtuel d'une surface numérisée en 3D et en calculant les paramètres de rugosité de surface requis.Des servomoteurs sont utilisés pour déplacer l’échantillon dans les directions X et Y avec une résolution de 0,05 µm.Le profileur de surface en ligne sans contact développé peut effectuer une numérisation rapide et une inspection de surface haute résolution.Le système développé est utilisé avec succès pour créer des profils de surface 2D automatiques, des profils de surface 3D et des mesures de rugosité de surface sur la surface de divers échantillons de matériaux.L'équipement d'inspection automatisé dispose d'une zone de numérisation XY de 12 x 12 mm.Pour caractériser et calibrer le système de profilage développé, le profil de surface mesuré par le système a été comparé à la même surface mesurée à l'aide d'un microscope optique, d'un microscope binoculaire, de l'AFM et du Mitutoyo Surftest-402.
Les exigences en matière de qualité des produits et des matériaux utilisés sont de plus en plus exigeantes.La solution à de nombreux problèmes d’assurance qualité visuelle (AQ) réside dans l’utilisation de systèmes automatisés d’inspection de surface en temps réel.Cela nécessite une qualité de produit uniforme à un débit élevé.Il faut donc des systèmes capables à 100 % de tester les matériaux et les surfaces en temps réel.Pour atteindre cet objectif, la combinaison de la technologie laser et de la technologie de contrôle informatique constitue une solution efficace.Dans le cadre de ces travaux, un système de balayage laser sans contact à grande vitesse, à faible coût et de haute précision a été développé.Le système est capable de mesurer l'épaisseur d'objets solides opaques en utilisant le principe de la triangulation optique laser.Le système développé garantit la précision et la reproductibilité des mesures au niveau micrométrique.
L'objectif de ce projet est de concevoir et de développer un système d'inspection laser pour la détection de défauts de surface et d'évaluer son potentiel pour des applications en ligne à grande vitesse.Les principaux composants du système de détection sont un module à diode laser comme source d'éclairage, une caméra à accès aléatoire CMOS comme unité de détection et un étage de traduction XYZ.Des algorithmes d'analyse des données obtenues en scannant diverses surfaces d'échantillons ont été développés.Le système de contrôle est basé sur le principe de la triangulation optique.Le faisceau laser arrive obliquement sur la surface de l’échantillon.La différence de hauteur de surface est alors considérée comme le mouvement horizontal du spot laser sur la surface de l'échantillon.Cela permet de prendre des mesures de hauteur à l'aide de la méthode de triangulation.Le système de détection développé est d'abord calibré pour obtenir un facteur de conversion qui reflétera la relation entre le déplacement du point mesuré par le capteur et le déplacement vertical de la surface.Les expériences ont été réalisées sur différentes surfaces des matériaux échantillons : laiton, aluminium et acier inoxydable.Le système développé est capable de générer avec précision une carte topographique 3D des défauts survenus pendant le fonctionnement.Une résolution spatiale d’environ 70 µm et une résolution en profondeur de 60 µm ont été obtenues.Les performances du système sont également vérifiées en mesurant la précision des distances mesurées.
Les systèmes de balayage laser à fibre à grande vitesse sont utilisés dans les environnements de fabrication industrielle automatisée pour détecter les défauts de surface.Les méthodes plus modernes de détection des défauts de surface incluent l'utilisation de fibres optiques pour l'éclairage et la détection des composants.Cette thèse comprend la conception et le développement d'un nouveau système optoélectronique à grande vitesse.Dans cet article, deux sources de LED, les LED (diodes électroluminescentes) et les diodes laser, sont étudiées.Une rangée de cinq diodes émettrices et de cinq photodiodes réceptrices se fait face.La collecte des données est contrôlée et analysée par un PC utilisant le logiciel LabVIEW.Le système est utilisé pour mesurer les dimensions des défauts de surface tels que les trous (1 mm), les trous borgnes (2 mm) et les encoches dans divers matériaux.Les résultats montrent que même si le système est principalement destiné à la numérisation 2D, il peut également fonctionner comme un système d'imagerie 3D limité.Le système a également montré que tous les matériaux métalliques étudiés étaient capables de réfléchir les signaux infrarouges.Une méthode nouvellement développée utilisant un réseau de fibres inclinées permet au système d'atteindre une résolution réglable avec une résolution maximale du système d'environ 100 µm (diamètre de la fibre collectrice).Le système a été utilisé avec succès pour mesurer le profil de surface, la rugosité de surface, l'épaisseur et la réflectivité de divers matériaux.L'aluminium, l'acier inoxydable, le laiton, le cuivre, le tufnol et le polycarbonate peuvent être testés avec ce système.Les avantages de ce nouveau système sont une détection plus rapide, un coût inférieur, une taille plus petite, une résolution et une flexibilité plus élevées.
Concevoir, construire et tester de nouveaux systèmes pour intégrer et déployer de nouvelles technologies de capteurs environnementaux.Particulièrement adapté aux applications de surveillance des bactéries fécales
Modification de la structure micro-nano des panneaux solaires photovoltaïques en silicium pour améliorer l'approvisionnement en énergie
L’approvisionnement énergétique durable est l’un des principaux défis techniques auxquels la société mondiale est confrontée aujourd’hui.Il est temps que la société commence à s'appuyer largement sur les sources d'énergie renouvelables.Le soleil fournit à la Terre de l'énergie gratuite, mais les méthodes modernes d'utilisation de cette énergie sous forme d'électricité présentent certaines limites.Dans le cas des cellules photovoltaïques, le principal problème est l’efficacité insuffisante de la collecte de l’énergie solaire.Le micro-usinage laser est couramment utilisé pour créer des interconnexions entre les couches actives photovoltaïques telles que les substrats en verre, le silicium hydrogéné et les couches d'oxyde de zinc.On sait également que davantage d'énergie peut être obtenue en augmentant la surface d'une cellule solaire, par exemple par micro-usinage.Il a été démontré que les détails du profil de surface à l’échelle nanométrique affectent l’efficacité d’absorption d’énergie des cellules solaires.Le but de cet article est d’étudier les avantages de l’adaptation des structures de cellules solaires à échelle micro, nano et méso pour fournir une puissance plus élevée.Faire varier les paramètres technologiques de telles microstructures et nanostructures permettra d'étudier leur influence sur la topologie de surface.Les cellules seront testées pour l’énergie qu’elles produisent lorsqu’elles sont exposées à des niveaux de lumière électromagnétique contrôlés expérimentalement.Une relation directe sera établie entre l'efficacité cellulaire et la texture de la surface.
Les composites à matrice métallique (MMC) deviennent rapidement des candidats privilégiés pour le rôle de matériaux structurels dans l'ingénierie et l'électronique.Aluminium (Al) et cuivre (Cu) renforcés de SiC en raison de leurs excellentes propriétés thermiques (par exemple, faible coefficient de dilatation thermique (CTE), conductivité thermique élevée) et propriétés mécaniques améliorées (par exemple, résistance spécifique plus élevée, meilleures performances).Il est largement utilisé dans diverses industries pour sa résistance à l’usure et son module spécifique.Récemment, ces MMC à haute teneur en céramique sont devenues une autre tendance pour les applications de contrôle de température dans les boîtiers électroniques.Généralement, dans les boîtiers de dispositifs d'alimentation, l'aluminium (Al) ou le cuivre (Cu) est utilisé comme dissipateur thermique ou plaque de base pour se connecter au substrat céramique qui porte la puce et les structures de broches associées.La grande différence de coefficient de dilatation thermique (CTE) entre la céramique et l'aluminium ou le cuivre est désavantageuse car elle réduit la fiabilité du boîtier et limite également la taille du substrat céramique qui peut être fixé au substrat.
Compte tenu de cette lacune, il est désormais possible de développer, d’étudier et de caractériser de nouveaux matériaux répondant à ces exigences en matière de matériaux thermiquement améliorés.Avec des propriétés améliorées de conductivité thermique et de coefficient de dilatation thermique (CTE), MMC CuSiC et AlSiC sont désormais des solutions viables pour les emballages électroniques.Ce travail évaluera les propriétés thermophysiques uniques de ces MMC et leurs applications possibles pour la gestion thermique des boîtiers électroniques.
Les compagnies pétrolières subissent une corrosion importante dans la zone de soudage des systèmes de l’industrie pétrolière et gazière en aciers au carbone et faiblement alliés.Dans les environnements contenant du CO2, les dommages dus à la corrosion sont généralement attribués aux différences de résistance des films protecteurs contre la corrosion déposés sur diverses microstructures en acier au carbone.La corrosion locale dans le métal fondu (WM) et la zone affectée thermiquement (HAZ) est principalement due aux effets galvaniques dus aux différences de composition et de microstructure de l'alliage.Les caractéristiques microstructurales des métaux de base (PM), WM et HAZ ont été étudiées pour comprendre l'effet de la microstructure sur le comportement à la corrosion des joints soudés en acier doux.Des tests de corrosion ont été réalisés dans une solution de NaCl à 3,5% saturée en CO2 dans des conditions désoxygénées à température ambiante (20 ± 2°C) et pH 4,0 ± 0,3.La caractérisation du comportement à la corrosion a été réalisée à l'aide de méthodes électrochimiques pour déterminer le potentiel de circuit ouvert, le balayage potentiodynamique et la résistance de polarisation linéaire, ainsi qu'une caractérisation métallographique générale par microscopie optique.Les principales phases morphologiques détectées sont la ferrite aciculaire, l'austénite retenue et la structure martensitique-bainitique dans la WM.Ils sont moins fréquents dans la ZAT.Des comportements électrochimiques et des taux de corrosion significativement différents ont été constatés dans les PM, VM et HAZ.
Les travaux visés par ce projet visent à améliorer le rendement électrique des pompes submersibles.Les exigences imposées à l'industrie des pompes pour qu'elle aille dans cette direction ont récemment augmenté avec l'introduction d'une nouvelle législation européenne exigeant que l'industrie dans son ensemble atteigne de nouveaux niveaux d'efficacité plus élevés.Cet article analyse l'utilisation d'une enveloppe de refroidissement pour refroidir la zone du solénoïde de la pompe et propose des améliorations de conception.En particulier, le débit de fluide et le transfert de chaleur dans les chemises de refroidissement des pompes en fonctionnement sont caractérisés.Les améliorations apportées à la conception de la chemise permettront un meilleur transfert de chaleur vers la zone du moteur de la pompe, ce qui se traduira par une efficacité améliorée de la pompe tout en réduisant la traînée induite.Pour ces travaux, un système d'essai de pompe monté sur fosse sèche a été ajouté au réservoir d'essai existant de 250 m3.Cela permet un suivi par caméra à grande vitesse du champ d'écoulement et une image thermique du corps de la pompe.Le champ d'écoulement validé par analyse CFD permet d'expérimenter, de tester et de comparer des conceptions alternatives pour maintenir les températures de fonctionnement aussi basses que possible.La conception originale de la pompe M60-4 pôles a résisté à une température externe maximale du corps de pompe de 45 °C et à une température maximale du stator de 90 °C.L'analyse de diverses conceptions de modèles montre quelles conceptions sont les plus utiles pour des systèmes plus efficaces et lesquelles ne devraient pas être utilisées.En particulier, la conception du serpentin de refroidissement intégré ne présente aucune amélioration par rapport à la conception originale.L'augmentation du nombre de pales de la turbine de quatre à huit a réduit la température de fonctionnement mesurée au niveau du boîtier de sept degrés Celsius.
La combinaison d'une densité de puissance élevée et d'un temps d'exposition réduit dans le traitement des métaux entraîne une modification de la microstructure de la surface.L’obtention de la combinaison optimale des paramètres du processus laser et de la vitesse de refroidissement est essentielle pour modifier la structure des grains et améliorer les propriétés tribologiques à la surface du matériau.L'objectif principal de cette étude était d'étudier l'effet du traitement laser pulsé rapide sur les propriétés tribologiques des biomatériaux métalliques disponibles dans le commerce.Ce travail est consacré à la modification laser de surface des aciers inoxydables AISI 316L et Ti-6Al-4V.Un laser CO2 pulsé de 1,5 kW a été utilisé pour étudier l'influence de divers paramètres du processus laser ainsi que la microstructure et la morphologie de la surface qui en résulte.À l’aide d’un échantillon cylindrique tourné perpendiculairement à la direction du rayonnement laser, l’intensité du rayonnement laser, le temps d’exposition, la densité de flux d’énergie et la largeur d’impulsion ont été modifiés.La caractérisation a été réalisée à l'aide de SEM, EDX, de mesures de rugosité à l'aiguille et d'analyse XRD.Un modèle de prédiction de la température de surface a également été mis en œuvre pour définir les paramètres initiaux du processus expérimental.Une cartographie des processus a ensuite été réalisée pour déterminer un certain nombre de paramètres spécifiques pour le traitement laser de la surface de l'acier en fusion.Il existe une forte corrélation entre l'éclairement, le temps d'exposition, la profondeur de traitement et la rugosité de l'échantillon traité.L'augmentation de la profondeur et de la rugosité des changements microstructuraux était associée à des niveaux et des durées d'exposition plus élevés.En analysant la rugosité et la profondeur de la zone traitée, des modèles de fluence énergétique et de température de surface sont utilisés pour prédire le degré de fusion qui se produira à la surface.À mesure que le temps d’interaction du faisceau laser augmente, la rugosité de la surface de l’acier augmente pour différents niveaux d’énergie d’impulsion étudiés.Bien que la structure de surface ait conservé l’alignement normal des cristaux, des changements dans l’orientation des grains ont été observés dans les zones traitées au laser.
Analyse et caractérisation du comportement de stress des tissus et de ses implications pour la conception d'échafaudages
Dans ce projet, plusieurs géométries d'échafaudages différentes ont été développées et une analyse par éléments finis a été réalisée pour comprendre les propriétés mécaniques de la structure osseuse, leur rôle dans le développement des tissus et la répartition maximale des contraintes et des déformations dans l'échafaudage.Des tomodensitométries (TDM) d'échantillons d'os trabéculaire ont été collectées en plus des structures d'échafaudage conçues avec la CAO.Ces conceptions vous permettent de créer et de tester des prototypes, ainsi que d'effectuer une FEM de ces conceptions.Des mesures mécaniques des microdéformations ont été effectuées sur des échafaudages fabriqués et des échantillons trabéculaires de la tête fémorale et ces résultats ont été comparés à ceux obtenus par la FEA pour les mêmes structures.On pense que les propriétés mécaniques dépendent de la forme (structure) des pores conçus, de la taille des pores (120, 340 et 600 µm) et des conditions de chargement (avec ou sans blocs de chargement).Les modifications de ces paramètres ont été étudiées pour des armatures poreuses de 8 mm3, 22,7 mm3 et 1 000 mm3 afin d'étudier de manière approfondie leur effet sur la répartition des contraintes.Les résultats des expériences et des simulations montrent que la conception géométrique de la structure joue un rôle important dans la répartition des contraintes et mettent en évidence le grand potentiel de la conception de l'ossature pour améliorer la régénération osseuse.Généralement, la taille des pores est plus importante que le niveau de porosité pour déterminer le niveau de contrainte maximal global.Cependant, le niveau de porosité est également important pour déterminer l’ostéoconductivité des structures d’échafaudage.Lorsque le niveau de porosité augmente de 30 % à 70 %, la valeur de contrainte maximale augmente considérablement pour une même taille de pores.
La taille des pores de l’échafaudage est également importante pour la méthode de fabrication.Toutes les méthodes modernes de prototypage rapide présentent certaines limites.Bien que la fabrication conventionnelle soit plus polyvalente, des conceptions plus complexes et plus petites sont souvent impossibles à fabriquer.La plupart de ces technologies sont actuellement incapables de produire de manière durable des pores inférieurs à 500 µm.Ainsi, les résultats obtenus dans ce travail avec une taille de pores de 600 µm sont les plus pertinents pour les capacités de production des technologies de fabrication rapide actuelles.La structure hexagonale présentée, bien que considérée dans une seule direction, serait la structure la plus anisotrope par rapport aux structures basées sur le cube et le triangle.Les structures cubiques et triangulaires sont relativement isotropes par rapport aux structures hexagonales.L'anisotropie est importante lorsqu'on considère l'ostéoconductivité de l'échafaudage conçu.La répartition des contraintes et l'emplacement de l'ouverture affectent le processus de remodelage, et différentes conditions de chargement peuvent modifier la valeur de contrainte maximale et son emplacement.La direction de chargement prédominante devrait favoriser la taille et la distribution des pores pour permettre aux cellules de se développer en pores plus grands et de fournir des nutriments et des matériaux de construction.Une autre conclusion intéressante de ce travail, en examinant la répartition des contraintes dans la section transversale des piliers, est que des valeurs de contraintes plus élevées sont enregistrées à la surface des piliers par rapport au centre.Dans ce travail, il a été démontré que la taille des pores, le niveau de porosité et la méthode de chargement sont étroitement liés aux niveaux de contraintes subis dans la structure.Ces résultats démontrent la possibilité de créer des structures de support dans lesquelles les niveaux de contrainte sur la surface du support peuvent varier dans une plus grande mesure, ce qui peut favoriser la fixation et la croissance des cellules.
Les échafaudages de substituts osseux synthétiques offrent la possibilité d’adapter individuellement les propriétés, de surmonter la disponibilité limitée des donneurs et d’améliorer l’ostéointégration.L’ingénierie osseuse vise à répondre à ces problématiques en fournissant des greffons de haute qualité pouvant être fournis en grande quantité.Dans ces applications, la géométrie de l’échafaudage interne et externe revêt une grande importance, car elle a un impact significatif sur les propriétés mécaniques, la perméabilité et la prolifération cellulaire.La technologie de prototypage rapide permet l’utilisation de matériaux non standards avec une géométrie donnée et optimisée, fabriqués avec une grande précision.Cet article explore la capacité des techniques d’impression 3D à fabriquer des géométries complexes d’échafaudages squelettiques à l’aide de matériaux biocompatibles à base de phosphate de calcium.Des études préliminaires du matériau exclusif montrent que le comportement mécanique directionnel prévu peut être obtenu.Les mesures réelles des propriétés mécaniques directionnelles des échantillons fabriqués ont montré les mêmes tendances que les résultats de l'analyse par éléments finis (FEM).Ce travail démontre également la faisabilité de l’impression 3D pour fabriquer des échafaudages géométriques d’ingénierie tissulaire à partir d’un ciment au phosphate de calcium biocompatible.Les armatures ont été réalisées par impression avec une solution aqueuse d'hydrogénophosphate disodique sur une couche de poudre constituée d'un mélange homogène d'hydrogénophosphate de calcium et d'hydroxyde de calcium.La réaction de dépôt chimique humide a lieu dans le lit de poudre de l'imprimante 3D.Des échantillons solides ont été prélevés pour mesurer les propriétés mécaniques de la compression volumétrique du ciment au phosphate de calcium (CPC) fabriqué.Les pièces ainsi réalisées présentaient un module d'élasticité moyen de 3,59 MPa et une résistance moyenne à la compression de 0,147 MPa.Le frittage entraîne une augmentation significative des propriétés de compression (E = 9,15 MPa, σt = 0,483 MPa), mais réduit la surface spécifique du matériau.À la suite du frittage, le ciment au phosphate de calcium se décompose en phosphate tricalcique β (β-TCP) et en hydroxyapatite (HA), ce qui est confirmé par les données de l'analyse thermogravimétrique et thermique différentielle (ATG/DTA) et de l'analyse par diffraction des rayons X ( DRX).les propriétés sont insuffisantes pour les implants fortement chargés, où la résistance requise est de 1,5 à 150 MPa et la rigidité en compression dépasse 10 MPa.Cependant, un post-traitement supplémentaire, tel qu'une infiltration de polymères biodégradables, peut rendre ces structures adaptées aux applications de stents.
Objectif : Les recherches en mécanique des sols ont montré que les vibrations appliquées aux granulats entraînent un alignement plus efficace des particules et une réduction de l'énergie nécessaire pour agir sur les granulats.Notre objectif était de développer une méthode d'impact des vibrations sur le processus d'impaction osseuse et d'évaluer son effet sur les propriétés mécaniques des greffons impactés.
Phase 1 : Broyage de 80 têtes de fémur bovin à l'aide d'un broyeur à os Noviomagus.Les greffons ont ensuite été lavés à l'aide d'un système de lavage salin pulsé sur un plateau tamisé.Un appareil à vibro-impact a été développé, équipé de deux moteurs 15 V DC avec des poids excentriques fixés à l'intérieur d'un cylindre métallique.Lancez un poids dessus depuis une hauteur donnée 72 fois pour reproduire le processus de frappe sur un os.La plage de fréquences de vibration mesurée avec un accéléromètre installé dans la chambre de vibration a été testée.Chaque essai de cisaillement a ensuite été répété sous quatre charges normales différentes pour obtenir une série de courbes contrainte-déformation.Des enveloppes de rupture de Mohr-Coulomb ont été construites pour chaque essai, à partir desquelles ont été dérivées les valeurs de résistance au cisaillement et de blocage.
Phase 2 : Répétez l’expérience en ajoutant du sang pour reproduire l’environnement riche rencontré en milieu chirurgical.
Étape 1 : Les greffons présentant une vibration accrue à toutes les fréquences de vibration présentaient une résistance au cisaillement plus élevée que les greffons sans vibration.Les vibrations à 60 Hz ont eu le plus grand impact et ont été significatives.
Étape 2 : Le greffage avec impact vibratoire supplémentaire dans des granulats saturés a montré une résistance au cisaillement inférieure pour toutes les charges de compression normales par rapport à l'impact sans vibration.
Conclusion : Les principes du génie civil sont applicables à l'implantation de l'os implanté.Dans les granulats secs, l’ajout de vibrations peut améliorer les propriétés mécaniques des particules d’impact.Dans notre système, la fréquence de vibration optimale est de 60 Hz.Dans les granulats saturés, une augmentation des vibrations affecte négativement la résistance au cisaillement de l’agrégat.Cela peut s'expliquer par le processus de liquéfaction.
Le but de ce travail était de concevoir, construire et tester un système capable de perturber les sujets qui s'y trouvent afin d'évaluer leur capacité à répondre à ces changements.Cela peut être fait en inclinant rapidement la surface sur laquelle se trouve la personne, puis en la ramenant en position horizontale.A partir de là, il est possible de déterminer si les sujets ont été capables de maintenir un état d'équilibre et combien de temps il leur a fallu pour rétablir cet état d'équilibre.Cet état d'équilibre sera déterminé en mesurant l'influence posturale du sujet.Leur balancement postural naturel a été mesuré avec un panneau de profil de pression du pied pour déterminer l'ampleur du balancement pendant le test.Le système est également conçu pour être plus polyvalent et plus abordable que celui actuellement disponible dans le commerce car, même si ces machines sont importantes pour la recherche, elles ne sont pas actuellement largement utilisées en raison de leur coût élevé.Le système nouvellement développé présenté dans cet article a été utilisé pour déplacer des objets de test pesant jusqu'à 100 kg.
Dans ce travail, six expériences de laboratoire en ingénierie et en sciences physiques ont été conçues pour améliorer le processus d'apprentissage des étudiants.Ceci est réalisé en installant et en créant des instruments virtuels pour ces expériences.L'utilisation d'instruments virtuels est comparée directement aux méthodes traditionnelles d'enseignement en laboratoire, et les bases du développement des deux approches sont discutées.Des travaux antérieurs utilisant l'apprentissage assisté par ordinateur (CBL) dans des projets similaires liés à ce travail ont été utilisés pour évaluer certains des avantages des instruments virtuels, en particulier ceux liés à l'intérêt accru des étudiants, à la rétention de la mémoire, à la compréhension et, finalement, aux rapports de laboratoire..avantages connexes.L'expérience virtuelle discutée dans cette étude est une version révisée de l'expérience de style traditionnel et fournit ainsi une comparaison directe de la nouvelle technique CBL avec le laboratoire de style traditionnel.Il n’y a pas de différence conceptuelle entre les deux versions de l’expérience, la seule différence réside dans la manière dont elle est présentée.L'efficacité de ces méthodes CBL a été évaluée en observant les performances des étudiants utilisant l'instrument virtuel par rapport aux autres étudiants de la même classe exécutant le mode expérimental traditionnel.Tous les étudiants sont évalués en soumettant des rapports, des questions à choix multiples liées à leurs expériences et des questionnaires.Les résultats de cette étude ont également été comparés à d’autres études connexes dans le domaine du CBL.
Heure de publication : 19 février 2023