Anodivalimon kokoonpanon läpimenoajan lyhentäminen

Tutkimuksen tarkoituksena oli löytää menetelmiä tuotteen kokoonpantavuuden kehittämiseen ja parantaa sitä DFMA-ajattelun sekä Lean–filosofian avulla. Työn teoreettisessa osuudessa tarkasteltiin läpimenoajan käsitettä ja käytettävissä olevien resurssien merkitystä. Lisäksi tarkastelun kohteena oli DFMA:n hyödyntäminen kokoonpanon nopeuttamisessa sekä Lean–filosofian hyödyntäminen tuotantoprosessin kehittämiseksi. Empiirinen osuus kohdentui Outotec Turula Oy:n anodivalimon kokoonpanossa ilmenneisiin ongelmiin ja niiden poistamiseen. Tutkimuksella saatiin selvitettyä resurssien ja osaamisen merkitys valmistusprosessin kehittämisen turvaamisessa. DFMA:n ja Lean:in avulla on mahdollista löytää toimintatapoja, joiden avulla anodivalimon kokoonpanon läpimenoaikaa on mahdollista lyhentää.

Teräsvalujen hitsaus: case 25CrMo4

Työssä tutkittiin teräsvalujen hitsattavuutta sekä kirjallisuuden että laboratoriokokeiden avulla. Työssä tarkasteltiin erityisesti valuterästä G-25CrMo4 ja tutkittiin seikkoja, jotka vaikuttavat kyseisen materiaalin hitsauksen onnistumiseen.

Energianmuuntimen valmistettavuuden kehittäminen

Diplomityön tavoitteena oli selvittää energianmuuntimen kaupallistamiseksi kannattavin valmistuskonsepti. Työssä esitettiin energianmuuntimelle kaksi mahdollista valmistuskonseptia; hitsattu rakenne ja tuotteen rungon valaminen. Tuotteen uuden rakenteen suunnittelu suoritettiin DFMA -projektin etenemisjärjestyksen mukaisesti. Uuden rakenteen suunnittelun tuloksena DFMA -projektille asetetut tavoitteet saavutettiin. Työssä valittiin rungon valamiseen soveltuvat valumenetelmät, joita ovat hiekkavalu, Lost Foam ja Replicast CS. Kappaleen valettavuudelle suoritettiin analyysi, jonka perusteella ennen diplomityön aloittamista suunniteltu valurunko ei ole valmistettavissa työssä esitettynä konstruktiona. Johtopäätöksenä rungon valamisesta todettiin, että valurunko on suunniteltava uudestaan huomioimalla diplomityössä esitetyt toimenpiteet valmistettavuuden parantamiseksi. Mikäli tuotekehitysprosessia ei jatketa valurungon sunnittelun osalta, valitaan hitsattu rakenne energianmuuntimen valmistuskonseptiksi.

Transition management in action within the context of nutrient economy

Tämä työ tutkii ja tarkastelee transitio-kokeilua ravinnetaloudessa. Transitio-kokeilu on toimintatutkimusprojekti, joka toteutetaan systeemisen muutoksen ajattelun mukaisesti alhaalta ylöspäin. Ravinnetalous määritetään tarkemmin työn kautta sekä analysoidaan monitaso-perspektiivin näkökulmasta. Ravinnetalous on terminä varsin tuntematon ja tarvitsee enemmän tunnettavuutta laajemman yleisön edessä. Transitio-areenan ja transitio-visioiden kehittäminen ovat työn keskipisteessä, koska ne ovat tärkeimpiä vaiheita transition alkuvaiheessa. Joukko sidosryhmätoimijoita osallistuu transitio areenaan sekä visioiden jatkokehittelyyn. Visio(t) luodaan ensisijaisesti backcasting-menetelmällä, jota myös täydennetään tavanomaisella ennustamisella. Backcasting- menetelmä on osin osallistava ja siinä käytetään ravinteiden planeettarajoja kvantitatiivisina pääperiaatteina, minkä tuloksena myös visiot ovat osin kvantitatiivisia. Transitio areenan kokoaminen ja fasilitointi aiheuttavat hankalia kysymyksiä, jotka tarvitsevat jatko-tutkimusta. Alhaalta-ylöspäin organisoitu transitio-arena houkuttelee niche-toimijoita, mutta epäonnistuu sitouttamaan julkisen vallan toimijoita. Toimintamallin voimasuhteet, politiikka ja transition vakiinnuttaminen tulisivat olla jatko-toimenpiteinä niin tutkimuksessa kuin toiminnassakin.

Synthesis and characterization of nanoperforated metal oxide thin films

For advanced devices in the application fields of data storage, solar cell and biosensing, one of the major challenges to achieve high efficiency is the fabrication of nanopatterned metal oxide surfaces. Such surfaces often require both precise structure at the nanometer scale and controllable patterned structure at the macro scale. Nowadays, the dominating candidates to fabricate nanopatterned surfaces are the lithographic technique and block-copolymer masks, most of which are unfortunately costly and inefficient. An alternative bottom-up approach, which involves organic/inorganic self-assembly and dip-coating deposition, has been studied intensively in recent years and has proven to be an effective technique for the fabrication of nanoperforated metal oxide thin films. The overall objective of this work was to optimize the synthesis conditions of nanoperforated TiO2 (NP-TiO2) thin films, especially to be compatible with mixed metal oxide systems. Another goal was to develop fabrication and processing of NP-TiO2 thin films towards largescale production and seek new applications for solar cells and biosensing. Besides the traditional dip-coating and drop-casting methods, inkjet printing was used to prepare thin films of metal oxides, with the advantage of depositing the ink onto target areas, further enabling cost-effective fabrication of micro-patterned nanoperforated metal oxide thin films. The films were characterized by water contact angle determination, Atomic Force Microscopy, Scanning Electron Microscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy and Grazing Incidence XRay Diffraction. In this study, well-ordered zinc titanate nanoperforated thin films with different Zn/Ti ratios were produced successfully with zinc precursor content up to 50 mol%, and the dominating phase was Zn2Ti3O8. NP-TiO2 structures were also obtained by a cost-efficient means, namely inkjet printing, at both ambient temperature and 60 °C. To further explore new biosensing applications of nanoperforated oxide thin films, inkjet printing was used for the fabrication of both continuous and patterned polymeric films onto NP-TiO2 and perfluorinated phosphate functionalized NP-TiO2 substrates, respectively. The NP-TiO2 films can be also functionalized with a fluoroalkylsilane, resulting in hydrophobic surfaces on both titania and silica. The surface energy contrast in the nanoperforations can be tuned by irradiating the films with UV light, which provides ideal model systems for wettability studies.

Valukappaleiden valmistusprosessin kapeikot teräsvalimossa

Teräsvalimon toimitusprosessissa toimitusvarmuus on tärkeä tuotannon tunnusluku. Valimotuotannossa olevien lukuisten muuttujien vuoksi tuotannonsuunnittelu ja läpivirtauksen hallinta on haasteellista. Tuotteiden, valumateriaalien ja näiden yhdistelmien suuri yhtäaikainen määrä tuotannossa vaikeuttaa tuotannon ennustettavuutta sekä vaikuttaa läpivirtaukseen ja toimitusvarmuuteen. Lisäksi tuotannon eri työvaiheissa ilmenevät kapeikot rajoittavat läpivirtausta ja kasvattavat läpimenoaikoja. Kapeikkoja voidaan hyödyntää tuotannonohjauksessa jos kapeikot ovat selkeästi havaittavissa. Kapasiteetin siirtäminen ei-kapeikosta kapeikkoon lisää tuotannon läpivirtausta. Pelkkä kapeikkojen hallinta ei paranna toimitusvarmuutta jos keskeneräisen tuotannon määrä on suuri ja järjestys väärä. Tuotannon työkuormien visuaalisuuden parantaminen kaikilla työvaiheilla antaa mahdollisuuksia ohjata tuotantoa tehokkaammin. Kandidaatintyössä on tarkasteltu teräsvalimon valmistusprosessia ja selvitetty tuotannon eri vaiheissa ilmeneviä kapeikkoja. Selvitystyössä hyödynnettiin TOC-analyysiä. Keskeneräisen tuotannon määrää mitattiin useilla otannoilla eri työvaiheiden kohdalla. Tuloksia analysoimalla löydettiin tuotannon ongelmakohdat ja niihin tarvittavat kehitystoimenpiteet.

Metal oxides prepared through the nanocasting approach-mechanistic study, surface interactions and applications in separation

Mesoporous metal oxides are nowadays widely used in various technological applications, for instance in catalysis, biomolecular separations and drug delivery. A popular technique used to synthesize mesoporous metal oxides is the nanocasting process. Mesoporous metal oxide replicas are obtained from the impregnation of a porous template with a metal oxide precursor followed by thermal treatment and removal of the template by etching in NaOH or HF solutions. In a similar manner to the traditional casting wherein the product inherits the features of the mold, the metal oxide replicas are supposed to have an inverse structure of the starting porous template. This is however not the case, as broken or deformed particles and other structural defects have all been experienced during nanocasting experiments. Although the nanocasting technique is widely used, not all the processing steps are well understood. Questions over the fidelity of replication and morphology control are yet to be adequately answered. This work therefore attempts to answer some of these questions by elucidating the nanocasting process, pin pointing the crucial steps involved and how to harness this knowledge in making wholesome replicas which are a true replication of the starting templates. The rich surface chemistry of mesoporous metal oxides is an important reason why they are widely used in applications such as catalysis, biomolecular separation, etc. At times the surface is modified or functionalized with organic species for stability or for a particular application. In this work, nanocast metal oxides (TiO2, ZrO2 and SnO2) and SiO2 were modified with amino-containing molecules using four different approaches, namely (a) covalent bonding of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), (b) adsorption of 2-aminoethyl dihydrogen phosphate (AEDP), (c) surface polymerization of aziridine and (d) adsorption of poly(ethylenimine) (PEI) through electrostatic interactions. Afterwards, the hydrolytic stability of each functionalization was investigated at pH 2 and 10 by zeta potential measurements. The modifications were successful except for the AEDP approach which was unable to produce efficient amino-modification on any of the metal oxides used. The APTES, aziridine and PEI amino-modifications were fairly stable at pH 10 for all the metal oxides tested while only AZ and PEI modified-SnO2 were stable at pH 2 after 40 h. Furthermore, the functionalized metal oxides (SiO2, Mn2O3, ZrO2 and SnO2) were packed into columns for capillary liquid chromatography (CLC) and capillary electrochromatography (CEC). Among the functionalized metal oxides, aziridinefunctionalized SiO2, (SiO2-AZ) showed good chemical stability, and was the most useful packing material in both CLC and CEC. Lastly, nanocast metal oxides were synthesized for phosphopeptide enrichment which is a technique used to enrich phosphorylated proteins in biological samples prior to mass spectrometry analysis. By using the nanocasting technique to prepare the metal oxides, the surface area was controlled within a range of 42-75 m2/g thereby enabling an objective comparison of the metal oxides. The binding characteristics of these metal oxides were compared by using samples with different levels of complexity such as synthetic peptides and cell lysates. The results show that nanocast TiO2, ZrO2, Fe2O3 and In2O3 have comparable binding characteristics. Furthermore, In2O3 which is a novel material in phosphopeptide enrichment applications performed comparably with standard TiO2 which is the benchmark for such phosphopeptide enrichment procedures. The performance of the metal oxides was explained by ranking the metal oxides according to their isoelectric points and acidity. Overall, the clarification of the nanocasting process provided in this work will aid the synthesis of metal oxides with true fidelity of replication. Also, the different applications of the metal oxides based on their surface interactions and binding characteristics show the versatility of metal oxide materials. Some of these results can form the basis from which further applications and protocols can be developed.