Fiber Laser Cutting of Mild Steel

Fiber laser for materials processing have undergone a rapid development in the pastseveral years. As fiber laser provides a combination of high beam quality and awavelength that is easily absorbed by metal surfaces, the named future laser isexpected to challenge the CO2 and Nd:YAG lasers in the area of metal cutting. This thesis studied the performance of fiber laser cutting mild steel. In the literature review part, it introduced the laser cutting principle and the principle of fiber laser including the newest development of fiber laser cuttingtechnology. Because the fiber laser cutting mild steel is a very young technology, a preliminary test was made in order to investigate effect of the cutting parameters on cut quality. Then the formal fiber laser cutting experiment was madeby using 3 mm thickness S355 steel with oxygen as assistant gas. The experimentwas focused on the cut quality with maximum cutting speed and minimum oxygen gas pressure. And the cut quality is mainly decided by the kerf width, perpendicularity tolerance, surface roughness and striation patterns. After analysis the cutting result, several conclusions were made. Although the best result got in the experiment is not perfect as predicted, the whole result of the test can be accepted. Compared with CO2 laser, a higher cutting speed was achieved by fiber laser with very low oxygen gas pressure. A further improvement about the cutting quality might be possible by proper selection of process parameters. And in order to investigate the cutting performance more clearly, a future study about cutting different thickness mild steel and different shape was recommended.

The effect of oxygen delignification on fiber properties in kraft pulp production - a review

Fiber damages comprise fiber deformations, characterized as fiber curl, kink, dislocations and strength losses as well as some yet unidentified factors. This recently discovered phenomenon is especially evident in mill scale kraftpulps. Laboratory produced pulps tend to have less damages and superior strength properties compared to those produced in pulp mills. Generally fiber damages pose a problem in the production of reinforcement pulp because they tend to decrease the ability of fibers to transmit load. Previous studies on fiber damage have shown that most of the fiber damages occur during brown stock processing starting from cooking and discharging. This literature review gives an overall picture on fiber damages occurring during softwood kraft pulp production with an emphasis on the oxygen delignification stage. In addition the oxygen delignification stage itself is described in more detailed extent in order to understand the mechanisms behind the delignification and fiber damaging effect. The literature available on this subject is unfortunately quite contradictory and implicates a lotof different terms. Only a few studies have been published which help to understand the nature of fiber damages. For that reason the knowledge presented in this work is not only based on previous studies but also on research scientist and mill staff interviews.

Propagation of the Ignition Front against Airflow in Packed Beds of Wood Particles

Combustion of wood is increasing because of the needs of decreasing the emissions of carbon dioxide and the amount of waste going to landfills. Wood based fuels are often scattered on a large area. The transport distances should be short enough to prevent too high costs, and so the size of heating and power plants using wood fuels is often rather small. Combustion technologies of small-size units have to be developed to reach efficient and environmentally friendly energy production. Furnaces that use different packed bed combustion or gasification techniques areoften most economic in small-scale energy production. Ignition front propagation rate affects the stability, heat release rate and emissions of packed bed combustion. Ignition front propagation against airflow in packed beds of wood fuels has been studied. The research has been carried out mainly experimentally. Theoretical aspects have been considered to draw conclusions about the experimental results. The effects of airflow rate, moisture content of the fuel, size, shape and density of particles, and porosity of the bed on the propagation rate of the ignition front have been studied. The experiments were carried out in a pot furnace. The fuels used in the experiments were mainly real wood fuels that are often burned in the production of energy. The fuel types were thin wood chips, saw dust, shavings, wood chips, and pellets with different sizes. Also a few mixturesof the above were tested. Increase in the moisture content of the fuel decreases the propagation rates of the ignition front and makes the range of possible airflow rates narrower because of the energy needed for the evaporation of water and the dilution of volatile gases due to evaporated steam. Increase in the airflow rate increases the ignition rate until a maximum rate of propagation is reached after which it decreases. The maximum flame propagation rate is not always reached in stoichiometric combustion conditions. Increase in particle size and density transfers the optimum airflow rate towards fuel lean conditions. Mixing of small and large particles is often advantageous, because small particles make itpossible to reach the maximum ignition rate in fuel rich conditions, and large particles widen the range of possible airflow rates. A correlation was found forthe maximum rate of ignition front propagation in different wood fuels. According to the correlation, the maximum ignition mass flux is increased when the sphericity of the particles and the porosity of the bed are increased and the moisture content of the fuel is decreased. Another fit was found between sphericity and porosity. Increase in sphericity decreases the porosity of the bed. The reasons of the observed results are discussed.

Hienopaperimassojen lujuusominaisuudet nopeassa vetokuormituksessa

Työssä verrattiin koivu-, akaasia- ja eucalyptussellujen käyttökelpoisuutta hienopapereiden kuituraaka-aineena. Kirjallisuusosassa todettiin radan hallinnan paperikoneiden avoimissa vienneissä riippuvan käytetyn geometrian lisäksi lujuus- ja relaksaatio-ominaisuuksista. Kuituverkoston käyttäytymiseen jännityksen alaisena vaikuttavat kuitudimensiot, kosteus ja lämpötila sekä kuituverkostoon kohdistetun jännityksen nopeus ja määrä. Relaksaationopeus ja vetolujuus kasvavat kuivilla papereilla vetonopeuden lisääntyessä. Kosteuspitoisuuden kasvattaminen alentaa puukuiduissa olevien polymeerien lasisiirtymälämpötilaa, jonka seurauksena vetolujuus ja relaksaatiokireys laskevat voimakkaasti. Kosteuspitoisuuden kasvaessa murtovenymä kasvaa lähes lineaarisesti ja repäisylujuus sekä murtotyö saavuttavat maksiminsa tietyssä kosteuspitoisuudessa. Kokeellisessa osassa keskityttiin hienopaperimassojen lujuus- ja relaksaatiokäyttäytymisen selvittämiseen nopeassa vetokuormituksessa. Lisäksi määritettiin laatu-, massa- ja rakenneominaisuuksia valituille koepisteille. Muuttujina kokeissa olivat massojen kuiva-ainepitoisuudet ja jauhatusolosuhteet sekä havusellun osuus hienopaperimassoissa.CSF-tasoon 350 ml jauhetuista näytteistä parhaat lujuus ja relaksaatio-ominaisuudet olivat koivulla ja heikoimmat akaasialla. Erot koepisteiden välillä korostuivat pienellä havusellun määrällä, mutta kaventuivat huomattavasti havusellun määrää lisättäessä. Samaan vetolujuuteen jauhettaessa massojen erot poistuvat kokonaan. Kuivilla näytteillä löydettiin erinomainen korrelaatio myötölujuuden ja relaksaatiokireyden välille. Puristinkuivien näytteiden relaksaatiokireyksiä voidaan kokeiden valossa ennustaa parhaiten kuivien näytteiden vetolujuuksista. Myös elastisten venymien osuuksille ja kuituseinämien paksuuksille löydettiin selvä yhteys.Eucalyptus- ja akaasiamassojen erinomaisuus hienopapereiden raaka-aineena korostui niiden optisissa ominaisuuksissa, erityisesti korkeana valonsirontana. Verrattaessa samassa vetolujuudessa ja relaksaatiokireydessä valonsirontakertoimien arvoja havaittiin akaasian olevan paras koivun jäädessä heikoimmaksi. Lisäksi akaasian ja eucalyptuksen kapeat kuitujakaumat ovat edullisia painokoneessa värin tasaisen imeytymisen kannalta. Akaasian pienet ja taipuisat kuidut antavat paperille tasaisen pinnan ja siten painatuksessa tasaisen painoalustan.

Wood Volume Measurement Using Color Images

Tämä työ käsittelee puutukkien tilavuuden mittaamista värikonenäön avulla. Värikuvat on saatu Simpeleellä olevan metsäteollisuusyrityksen hiomosta. Työssä esitetään perusteellisesti matemaattinen teoria, joka liittyy käytettyihin kuvankäsittelymenetelmiin, kuten luokitteluun, kohinan poistoon ja tukkien segmentointiin. Esitetyt menetelmät implementointiin käytännössä ja eri menetelmillä saatuja tuloksia vertailtiin keskenään. Kuvankäsittelyalgoritmit on implementoitu Matlab 6.0:n avulla. Pääasiassa käytettiin uusinta Image Processing Toolboxia, joka on versio 3.0. Tämä työn näkökulma on pääasiassa käytäntöön soveltava, koska metsäteollsuus on korkealla tasolla Suomessa ja siellä on paljon alan yrityksiä, joissa tässä työssä kehitettyä menetelmää voidaan hyödyntää.

Removal of Lipophilic Wood Extractives from TMP Process Waters by Wet Oxidation

Työssä tutkittiin kokeellisesti rasvaliukoisten uuteaineiden poistamista TMP -prosessin vesikierroista märkähapetuksen avulla. Työn tavoitteena oli tutkia mahdollisuudet hyödyntää TMP -prosessissa vallitsevaa korkeaa lämpötilaa rasvaliukoisten uuteaineiden poistamiseen hapettamalla niitä puhtaalla hapella. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin märkähapetuksen teknologiaa, reaktiomekanismia, käytettyjä katalyyttejä, käyttökohteita sekä kustannuksia. Kokeita suoritettiin autoklaavireaktorissa lämpötiloissa 140 °C, 160 °C ja 180 °C. Vetyperoksidia käytettiin katalyyttinä lisätyn vetyperoksidin määrän ollessa 100 - 1800 mg/l ja hapen osapaineen ollessa 0 ( typpiatmosfääri) - 15 baria. Kokeissa tarkasteltiin kemiallisen hapenkulutuksen (COD), rasvaliukoisten uuteaineiden konsentraation, orgaanisen kokonaishiilen (TOC) ja värin muutoksia kokeiden aikana eri lämpötiloilla, hapen osapaineilla ja lisätyn vetyperoksidin määrillä. Kokeissa saavutettiin 30 %:n COD:n vähenemä sekä 90 %:n vähenemä rasvaliukoisissa uuteaineissa lämpötiloissa 160 °C ja 180 °C. Lisäämällä vetyperoksidia katalyyttinä saavutettiin lähes sama tulos lämpötilassa 140 °C. Suurin tässä työssä havaittu ongelma oli lisääntynyt värinmuodostus vedessä olevassa hienojakoisessa kiintoaineessa hapetuksen aikana. Tämän vuoksi lisätutkimukset ovat tarpeellisia sen seikan selvittämiseksi, voidaanko muodostunut väri mahdollisesti poistaa massan valkaisussa.

Laminaatin toiminnallisten ominaisuuksien hallinta

Lattialaminaatti on kerrosrakenteinen levymateriaali. Tässä työssä tutkittiin laminaatin epäsymmetrisen kerrosrakenteen aiheuttamaa taipumusta käyristymiseen. Työn tavoitteena oli kehittää lattialaminaatin käyristymän hallintaan käytettävää taustapaperia niin, että käyristymää ei tapahtuisi tai käyristymä olisi lievästi alapintaa kohden heti puristuksen jälkeen ja säilyisi samanlaisena varastoinnissa. Kehityksessä huomioitiin taustan ulkonäkö. Taustapapereita valmistettiin sekä pilot- että tuotantomittakaavassa. Lisäksi työssä tutkittiin laminointiolosuhteiden vaikutusta lattialaminaatin käyristymään. Työn kirjallisuusosassa käsitellään lattialaminaatin valmistusta huomioiden ulkonäköön vaikuttavat tekijät sekä lattialaminaatin käyristymiseen vaikuttavia tekijöitä.Lattialaminaatin käyristymään vaikuttavat laminointiolosuhteet. Puulevyä vasten puristettavat kalvot kutistuvat laminoinnissa, erityisesti puristuslämpötilan kasvaessa. Laminaatin puristuksen jälkeinen käyristymä määräytyy lähinnä ylä- ja alapinnan kalvojen kutistuman erolla.Lattialaminaatin käyristymään varastoinnissa vaikuttaa ylä- ja alapinnan kalvojen dimensiostabiliteettikerroin. Yläpinnan kalvon dimensiostabiliteetti on huonompi kuin alapinnan, jolloin yläpinnan kalvo kutistuu enemmän kuivissa olosuhteissa käyristäen samalla laminaattia positiiviseen suuntaan.Taustapaperin ominaisuuksista merkittävimmin laminaatin käyristymään vaikuttaa kuituraaka-aine. Lattialaminaatin ulkonäköön vaikuttavat pinnassa olevat kuopat. Laminaatin taustan ulkonäköä voidaan parantaa lisäämällä taustapaperiin pehmitintä. Vääräntyyppisellä pehmittimellä menetetään taustan vastavetovoimaa.

Potential Acquisition Candidates for a Supplier of Wood Processing Machinery

Diplomityön tavoitteena oli sopivimman yritysostokohteen valitseminen useiden kilpailijoiden joukosta puunkäsittelykoneiden toimittajalle. Ensin esiteltiin Suomen metsäteollisuus sekä sen osaamistarpeista noussut metsäklusteri pääosin kohdeyrityksen näkökulmasta. Seuraavaksi annettiin kuva yrityksen tuotteista, kilpailijoista ja asiakkaista. Yritysostoprosessi kuvattiin sekä esille tuotiin yleiset motiivit ja kriittiset menestystekijät. Lisäksi kuvattiin kilpailijoiden ja liiketoimintaympäristön analysointi yrityksen menestyksen edellytyksenä. Puuntyöstökoneiden markkinat segmentoitiin ja analysoitiin vuodesta 1990 aina tähän päivään asti, jotta löydettäisiin kehityskelpoiset osa-alueet eli alueet, joissa yrityksen markkinaosuutta voitaisiin kasvattaa. Kandidaattien ominaisuuksia verrattiin yritysoston motiiveihin. Yritysten tuotteet sekä maantieteellinen sijainti pisteytettiin, jotta sopivimmat yritykset nousisivat esille. Kolme yritystä valittiin syvällisempään tarkasteluun. Yritysten tuotteita, taloudellista asemaa ja globaalia verkostoa vertailtiin keskenään muiden tekijöiden, kuten maailmantalouden ohessa. Taloudellisesti vakaa ja teknisesti monipuolinen yritys kohtasi yritysoston motiivit parhaiten. Kohteen positiivisia puolia olivat sijainti, tuotteet ja palvelut. Lisäksi, yritys sopii ostajan strategiaan sekä auttaa kohtaamaan asiakkaiden nykyiset ja tulevat tarpeet.

Purchasing Process Performance Definition and Improvement in the Mechanical Wood Industry

Tämän tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena oli määrittää Schauman Wood Oy:n ostoprosessin suorituskyvyn nykytila yrityksen Suomen yksiköissä. Nykytila-arviointi suoritettiin uusien ja käytössä olevien mittaustulosten avulla. Tutkimuksessa verrattiin kymmenen tuotantolaitoksen ostoprosesseja keskenään. Keskeinen tutkimusongelma oli ostoprosessin suorituseroja aikaansaavien tekijöiden selvittäminen eri yksiköissä. Tutkimuksen tavoitteena oli saavuttaa yhtenäisemmät toimintatavat yrityksessä sekä laajentaa konsernin osto-organisaation hyödyntämistä hankintatoimessa. Tavoitteena oli ostoprosessin virtaviivaistaminen ja tehokkaamman seurantajärjestelmän kehittäminen. Ostotoimintojen suorituskyvyn jatkuva parantaminen perustuu osittain uusien mittareiden avulla saatavaan informaatioon ja täsmällisempään seurantaan. Sisäistä benchmarkingia käytettiin työkaluna suorituskyky-eroavaisuuksien määrittelyssä. Tietoa erilaisista toimintatavoista kerättiin haastattelemalla yrityksen ostajia ja tehdaspalvelupäälliköitä eri tehdaspaikkakunnilla. Sisäisen benchmarkingin avulla määriteltiin toimintatapa eroavaisuudet sekä kehitettiin seurantakortti, jossa jokaista yksikköä verrataan parhaaseen ja eniten kehittyneeseen yksikköön. Työn tuloksina muodostui ehdotuksia ostotoiminnon uusiksi mittareiksi. Uudet mittarit ovat tehokkuusmittareita, jotka kuvaavat resurssien käytön tehokkuutta sekä auttavat seuraamaan ostoprosessin tilaa entistä paremmin. Uusien mittareiden tavoitteena on myös vähentää mittareiden manipulaatiomahdollisuutta. Työn ulkopuolelle rajattiin informaatioteknologiajärjestelmien tietotekninen osuus. Eräs yrityksen tuotantolaitoksista rajattiin myös työn ulkopuolelle, koska sen ostoprosessit ovat huomattavasti kehittymättömämpiä kuin Schauman Woodin muiden tehtaiden ostoprosessit. Kyseisen yksikön kehittämisen tulee lähteä aivan ruohonjuuritasolta. Tutkimuksen teoriaosuus on kerätty alan ammattikirjallisuudesta ja tutkimuksen aihetta käsittelevistä uudehkoista tieteellisistä alan artikkeleista. Teorian tarkoituksena on tukea empiiristä osuutta sekä antaa lukijalle uusia näkemyksiä ostotoiminnan monista mahdollisuuksista. Tutkimuksen tuloksia ovat nykytila-analyysi, ehdotukset uusista ostotoiminnan mittareista sekä ehdotus MRO-tuotteiden ulkoistamiskokeilusta. Yrityksen ostotoiminnan tulisi kehittyä operatiivisesta tasosta kohti strategisempaa oston tasoa. Johdon sitoutuminen hankintatoimen kehityshankkeisiin on erityisen tärkeää, lisäksi hankintatoimi tulisi nähdä strategisempana osa-alueena yrityksessä. Hankintatoimen kehittämisen avulla yrityksen kustannustehokkuutta voidaan lisätä merkittävästi.

Quantitative elemental analysis of dry-ashed bark and wood samples of birch, spruce and pine from south-western Finland using PIXE

A total of over 200 different samples of bark and wood of Silver birch, Norway spruce and Scots pine were analysed. Samples were taken from several areas in western Finland, some with known sources of atmospheric heavy metal emission (Harjavalta, Ykspihlaja). Also analytical data for pine needles from some sites are reported. The chemical analyses were performed by thick-target particle-induced X-ray emission (PIXE) spectrometry after preconcentration by dry ashing of samples at 550oC. The following elements were quantified in most of the samples: P, S, K, Ca, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Cd, Ba and Pb. The ash percentage and the chemical composition of ashes of different wood materials were also obtained, as dry ashing was used in the analytical procedure. The variations in elemental concentrations in wood and bark of an individual tree, expressed as RSDs, were mostly in the range 10 – 20 %. For several trees of the same species sampled from small areas (< 1 ha), the variations in elemental concentrations were surprisingly high (RSDs 20 – 50 %). In the vicinity of metal plants, effects of strong atmospheric heavy metal pollution (pollution factor above 100) were observed in pine bark. The increase of heavy metal content in wood samples from the same sites was quite small. Elemental concentrations in ashes of bark and wood, from areas with no local source of atmospheric pollution, were relatively uniform. Based on this observation an alternative way of demonstrating atmospheric pollution of tree bark is discussed.

Non-wood massojen vedenpoiston arvioiminen märkäpuristuksessa

Yksivuotisten kasvien (non-wood) kuitua verrataan usein lehtipuukuituihin. Käytetyimpiä non-wood kasveja ovat vehnän olki, bambu, järviruoko ja bagassi. Non-wood massan erottaa puumassasta kuitenkin korkea silikaattipitoisuus sekä parenkyymisolupitoisuus, joka antaa massalle korkean hienoainepitoisuuden. Tämä yhdessä korkean hemiselluloosapitoisuuden ja lyhyen kuidun pituuden kanssa heikentävät voimakkaasti non-wood massan vedenpoisto-ominaisuuksia. Non-wood kuidulla voidaan korvata lehtipuumassaa hienopapereissa. Non-wood kuitu antaa paperille hyvän opasiteetin, korkean valonsirontakertoimen sekä sileän painopinnan. Massaan lisättävä pitkäkuituinen havupuumassa parantaa ajetta¬vuutta paperikoneella ja helpottaa massan vedenpoistoa. Non-wood massan vedenpoistoa voidaan tehostaa esimerkiksi poistamalla osa hienoaineesta, käyttämällä non-wood massalle sopivaa keittotapaa sekä käyttämällä märkä¬puristuksessa pitkänippityyppistä puristinratkaisua. Myös non-wood kuidun kuivaaminen parantaa vedenpoistoa. Tässä tutkimuksessa kirjallisuusosassa keskityttiin yleisimpiin paperin valmistuksessa käytettäviin non-wood kuidun lähteisiin, märkäpuristuksen teoriaan ja tapoihin tehostaa vedenpoistoa. Kokeellisessa osassa tutkittiin vehnänolkimassan käyttäytymistä märkäpuristuksessa erilaisten ominaisuuksien pohjalta. Tutkimuksen kohteena oli non-wood massan keittotapa (hapan/alkali), hienoainepitoisuus, silikaattipitoisuus sekä kuivattu/kuivaamaton kuitu. Vertailun vuoksi tutkimuksessa oli mukana myös yksi järviruokomassa. Tuloksista huomataan, että non-wood massan vedenpoistoon vaikuttaa hienoainepitoisuus, kuidun kuivaus sekä massan valmistustapa. Järviruokomassan veden¬poisto on tehokkaampaa kuin vehnänolkimassan paremman kuitu¬koostumuksensa takia. Jos hienopaperimassassa korvataan lehtipuumassaa non-wood kuidulla maksimissaan 40 %, massan vedenpoistoa voidaan hyvin arvioida erilaisten suotautuvuusmittojen, kuten freeneksen, vedenpidätyskyvyn ja suotautumisajan, avulla.

Fiber flows in global paper and pulp industry. A panel data approach.

The purpose of this thesis is to study factors that explain the bilateral fiber trade flows. This is done by analyzing bilateral trade flows during 1990-2006. It will be studied also, whether there are differences between fiber types. This thesis uses a gravity model approach to study the trade flows. Gravity model is mostly used to study the aggregate data between trading countries. In this thesis the gravity model is applied to single fibers. This model is then applied to panel data set. Results from the regression show clearly that there are benefits in studying different fibers in separate. The effects differ considerably from each other. Furthermore, this thesis speaks for the existence of Linder’s effect in certain fiber types.

Fabrication technology and applications of fiber Bragg gratings

In this thesis theoretical and technological aspects of fiber Bragg gratings (FBG) are considered. The fabrication of uniform and chirped fiber Bragg gratings using phase mask technique has been exploited throughout this study. Different requires of FBG inscription were considered and implemented experimentally to find economical and effective procedure. The hydrogen loading was used as a method for enhancement the photosensitivity of the fiber. The minimum loading time for uniform and chirped fiber Bragg gratings was determined as 3 days and 7 days at T = 50°C and hydrogen pressure 140 bar, respectively. The post-inscription annealing was considered to avoid excess losses induced by the hydrogen. The wavelength evolution during annealing was measured. The strain and temperature sensor application of FBG was considered. The wavelength shifts caused by tension and temperature were studied for both uniform and chirp fiber Bragg gratings.

Fiber-reinforced Composite as Oral Implant Material. Experimental studies of glass fiber and bioactive glass in vitro and in vivo

Fiber-reinforced composite as oral implant material: Experimental studies of glass fiber and bioactive glass in vitro and in vivo Department of Prosthetic Dentistry and Biomaterials Science, Institute of Dentistry, University of Turku, Turku, Finland 2008. Biocompatibility and mechanical properties are important variables that need to be determined when new materials are considered for medical implants. Special emphasis was placed on these characteristics in the present work, which aimed to investigate the potential of fiber-reinforced composite (FRC) material as an oral implant. Furthermore, the purpose of this study was to explore the effect of bioactive glass (BAG) on osseointegration of FRC implants. The biocompatibility and mechanical properties of FRC implants were studied both in vitro and in vivo. The mechanical properties of the bulk FRC implant were tested with a cantilever bending test, torsional test and push-out test. The biocompatibility was first evaluated with osteoblast cells cultured on FRC substrates. Bone bonding was determined with the mechanical push-out test and histological as well as histomorplanimetric evaluation. Implant surface was characterized with SEM and EDS analysis. The results of these studies showed that FRC implants can withstand the static load values comparably to titanium. Threaded FRC implants had significantly higher push-out strength than the threaded titanium implants. Cell culture study revealed no cytotoxic effect of FRC materials on the osteoblast-like-cells. Addition of BAG particles enhanced cell proliferation and mineralization of the FRC substrates The in vivo study showed that FRC implants can withstand static loading until failure without fracture. The results also suggest that the FRC implant is biocompatible in bone. The biological behavior of FRC was comparable to that of titanium after 4 and 12 weeks of implantation. Furthermore, addition of BAG to FRC implant increases peri-implant osteogenesis and bone maturation.