Spectrometrical Monitoring of Laser Sintering Process of Ceramic Material

This thesis is done as a part of project called FuncMama that is a project between Technical Research Centre of Finland (VTT), Oulu University (OY), Lappeenranta University of Technology (LUT) and Finnish industrial partners. Main goal of the project is to manufacture electric and mechanical components from mixed materials using laser sintering. Aim of this study was to create laser sintered pieces from ceramic material and monitor the sintering event by using spectrometer. Spectrometer is a device which is capable to record intensity of different wavelengths in relation with time. In this study the monitoring of laser sintering was captured with the equipment which consists of Ocean Optics spectrometer, optical fiber and optical lens (detector head). Light from the sintering process hit first to the lens system which guides the light in to the optical fibre. Optical fibre transmits the light from the sintering process to the spectrometer where wavelengths intensity level information is detected. The optical lens of the spectrometer was rigidly set and did not move along with the laser beam. Data which was collected with spectrometer from the laser sintering process was converted with Excel spreadsheet program for result’s evaluation. Laser equipment used was IPG Photonics pulse fibre laser. Laser parameters were kept mainly constant during experimental part and only sintering speed was changed. That way it was possible to find differences in the monitoring results without fear of too many parameters mixing together and affecting to the conclusions. Parts which were sintered had one layer and size of 5 x 5 mm. Material was CT2000 – tape manufactured by Heraeus which was later on post processed to powder. Monitoring of different sintering speeds was tested by using CT2000 reference powder. Moreover tests how different materials effect to the process monitoring were done by adding foreign powder Du Pont 951 which had suffered in re-grinding and which was more reactive than CT2000. By adding foreign material it simulates situation where two materials are accidently mixed together and it was studied if that can be seen with the spectrometer. It was concluded in this study that with the spectrometer it is possible to detect changes between different laser sintering speeds. When the sintering speed is lowered the intensity level of light is higher from the process. This is a result of higher temperature at the sintering spot and that can be noticed with the spectrometer. That indicates it could be possible to use spectrometer as a tool for process observation and support the idea of having system that can help setting up the process parameter window. Also important conclusion was how well the adding of foreign material could be seen with the spectrometer. When second material was added a significant intensity level raise could be noticed in that part where foreign material was mixed. That indicates it is possible to see if there are any variations in the material or if there are more materials mixed together. Spectrometric monitoring of laser sintering could be useful tool for process window observation and temperature controlling of the sintering process. For example if the process window for specific material is experimentally determined to get wanted properties and satisfying sintering speed. It is possible if the data is constantly recorded that the results can show faults in the part texture between layers. Changes between the monitoring data and the experimentally determined values can then indicate changes in the material being generated by material faults or by wrong process parameters. The results of this study show that spectrometer could be one possible tool for monitoring. But to get in that point where this all can be made possible much more researching is needed.

Avaliação do potencial do grits como material de construção na produção de tijolos de solo-cimento

O "grits" é um resíduo sólido de características arenosas e coloração acinzentada, gerado pela indústria de polpa kraft durante a etapa de recuperação do licor branco empregado no cozimento dos cavacos de madeira. O objetivo deste trabalho foi estudar o potencial do grits como material de construção, considerando-se a sua empregabilidade na fabricação de tijolos de solo-cimento. Para a determinação da quantidade ideal de resíduo a ser utilizada, foram estudados os traços em volume 1:14:0; 1:10,5:3,5; 1:7:7; 1:3,5:10,5; e 1:0:14 de cimento, solo e grits, respectivamente. Os materiais foram caracterizados por meio de ensaios de análise granulométrica, limite de liquidez e limite de plasticidade, e os resultados foram de acordo com as prescrições normativas. O ensaio prático da caixa também foi usado para verificar os materiais, e os resultados atenderam às recomendações. Uma vez realizado o ensaio de compactação para obter o teor de umidade ótima, os tijolos foram produzidos com 90% desse valor, pois a resistência à compressão é favorecida com o material do ramo seco. No entanto, durante a moldagem não foi possível produzir tijolos com os traços 1:3,5:10,5 e 1:0:14, pois, nesses casos, as misturas de solo-cimento-grits não apresentaram plasticidade suficiente. Os tijolos produzidos com os demais traços foram, então, submetidos a ensaios de resistência à compressão e de absorção. Em relação à resistência à compressão, aos 28 dias todos os traços apresentaram valores médios superiores ao estabelecido pela normalização, que é de 2,0 MPa. Os tijolos fabricados com maior quantidade de grits apresentaram melhor desempenho no que se refere à resistência mecânica. Assim, este estudo não apenas apresenta o benefício ambiental de destinar corretamente o resíduo, como também contribui com novos materiais para a construção civil.

Material envoltório na drenagem subterrânea

Em solos de baixa estabilidade estrutural, o transporte, pela água, de partículas do solo para o interior do tubo drenante pode contribuir para o colapso de sistemas de drenagem, devendo o mesmo ser evitado com o uso adequado de envoltório, considerando a importância da drenagem para uma produção agrícola sustentável. Diante disso, esta pesquisa foi realizada com o objetivo de estudar o comportamento de três materiais envoltórios, sendo dois amplamente utilizados, bidim OP-20 e brita zero, e outro composto de espuma com 5 mm de espessura, que é um material não-convencional. Os tubos drenantes utilizados foram o Drenoflex e o Kananet, com diâmetro nominal de 65 e 75 mm, respectivamente. O desempenho dos envoltórios foi avaliado pela resistência de entrada e descarga, parâmetros tradicionalmente recomendados para esse tipo de análise. Verificou-se que os envoltórios avaliados apresentaram desempenhos hidráulicos satisfatórios, sendo o envoltório em brita zero superior, seguido do material espuma. Concluiu-se, então, que a espuma pode ser utilizada como material envoltório alternativo na drenagem, apresentando, inclusive, desempenho hidráulico superior ao envoltório em manta bidim OP-20.

Aplicação de água residuária de suinocultura em solo cultivado com soja: cobre e zinco no material escoado e no solo

O objetivo deste trabalho foi avaliar a poluição difusa referente ao cobre e ao zinco no solo e no material de escoamento superficial quando da aplicação de água residuária de suinocultura (ARS) em solo cultivado com soja, sob condição de chuva simulada. O experimento foi instalado em Toledo - PR, sendo aplicadas ao solo cinco taxas de ARS (0; 50; 100; 150 e 200 m³ ha-1 no ciclo), em três repetições por tratamento, divididas em seis aplicações ao longo do ciclo da soja. Foram instaladas calhas coletoras do material escoado e fizeram-se seis simulações de chuva durante o experimento, resultando em seis coletas do material escoado. Ao final do ciclo da soja, foram coletadas amostras de solo em cada uma das parcelas experimentais, em três profundidades, para a determinação do pH, da capacidade de troca de cátions, da matéria orgânica, do cobre e do zinco. Observou-se que houve perda de cobre e de zinco via escoamento superficial e que as maiores concentrações de cobre foram verificadas nas profundidades de 20-40 e 40-60 cm, enquanto o zinco apresentou maior concentração na camada de 0-20 cm e, ao final do experimento, aumentou nas demais profundidades.

Cobre e zinco no material percolado e no solo com a aplicação de água residuaria de suinocultura em solo cultivado com soja

O objetivo deste trabalho foi avaliar possíveis efeitos da aplicação de taxas de água residuária de suinocultura (ARS), quanto às concentrações de cobre e zinco, tanto no solo quanto na água percolada de lisímetros de drenagem, durante o ciclo da cultura da soja. O experimento foi conduzido em ambiente protegido, onde havia 24 lisímetros de drenagem. Semeou-se soja cultivar CD 202, e foram aplicadas ARS nas seguintes dosagens: 0; 100; 200 e 300 m³ ha-1 no ciclo, combinadas com duas adubações na semeadura (com e sem adição da adubação recomendada na semeadura), em três repetições por tratamento. Foram feitas seis coletas do material percolado durante o ciclo da cultura e realizadas determinações de cobre e zinco. No solo, foram feitas três coletas em cada parcela experimental, para a determinação do pH, da matéria orgânica, da capacidade de troca catiônica, do cobre e do zinco. O delineamento foi em blocos casualizados, num esquema fatorial de 4 x 2. Observou-se que o cobre no solo não apresentou diferenças significativas com a aplicação de ARS e adubação, enquanto as concentrações de zinco no solo foram influenciadas pelas taxas aplicadas de ARS. As transferências de cobre e de zinco por percolação foram pouco expressivas.

Material embodiment and energy flows as efficiency indicators of soybean (Glycine max) production in Brazil

As the requirement for agriculture to be environmentally suitable there is a necessity to adopt indicators and methodologies approaching sustainability. In Brazil, biodiesel addition into diesel is mandatory and soybean oil is its main source. The material embodiment determines the convergence of inputs into the crop. Moreover, the material flows are necessary for any environmental analysis. This study evaluated distinct production scenarios, and also conventional versus GMO crops, through the material embodiment and energy analysis. GMO crops demanded less indirectly applied inputs. The energy balance showed linearity with yield, whereas for EROI, the increases in input and yield were not affected.

Demanda de potência do ventilador para aeração de material em compostagem

Neste trabalho, objetivou-se ajustar curvas de perda na pressão estática do ar, quando forçado em camadas de material orgânico, com diferentes espessuras, e dois estádios de degradação bioquímica, para possibilitar o cálculo da demanda de potência do sistema de ventilação. Os resíduos utilizados para a medição da perda de pressão do ar foram cama de frango misturada com casca dos frutos do cafeeiro, razão entre massas de 2,5:1, de forma a se obter relação C/N inicial de 30:1. Foi verificado que a perda na pressão estática do ar aumentou linearmente com a espessura da camada de composto orgânico e que houve aumento na perda de pressão estática com o aumento na vazão específica do ar, o que praticamente não foi alterado pelo estádio de degradação bioquímica do material em compostagem. Todos os modelos testados (potencial, logarítmico e quadrático) ajustaram-se bem aos dados experimentais, na faixa de vazão específica de ar entre 0,045 e 0,159 m³ s-1 m-2, podendo ser usado para predizer os gradientes de pressão estática no composto orgânico. A potência demandada pelo sistema de ventilação foi de 1,16 W t-1 no material, antes da compostagem, e de 2,38 W t-1, após 60 dias de compostagem, em camada com 1 m de espessura. Em camada de 2 m de espessura, a demanda foi de 17,70 e 21,65 W t-1, respectivamente.

Hydrogen production from cassava processing wastewater in an anaerobic fixed bed reactor with bamboo as a support material

Attempting to associate waste treatment to the production of clean and renewable energy, this research sought to evaluate the biological production of hydrogen using wastewater from the cassava starch treatment industry, generated during the processes of extraction and purification of starch. This experiment was carried out in a continuous anaerobic reactor with a working volume of 3L, with bamboo stems as the support medium. The system was operated at a temperature of 36°C, an initial pH of 6.0 and under variations of organic load. The highest rate of hydrogen production, of 1.1 L.d-1.L-1, was obtained with application of an organic loading rate of 35 g.L-1.d-1, in terms of total sugar content and hydraulic retention time of 3h, with a prevalence of butyric and acetic acids as final products of the fermentation process. Low C/N ratios contributed to the excessive growth of the biomass, causing a reduction of up to 35% in hydrogen production, low percentages of H2 and high concentrations of CO2in the biogas.

Estudo prospectivo utilizando material coletado por bioptycut para realização de exame de congelação em pacientes com tumores de mama

Estudo conduzido com o objetivo de avaliar a confiabilidade, acurácia e dificuldades do exame de congelação, utilizando-se pequenos fragmentos de tumores mamários obtidos com a biópsia histológica por agulha grossa (bioptycut). Durante 13 meses, 37 pacientes foram submetidas ao Bioptycut (pistola BIP 2.2 ou Promag 1.2, agulhas l4G), sendo que, de cada uma delas, foram retirados no mínimo dois fragmentos, um a fresco para congelação e outro submerso em formol para inclusão posterior em parafina. O estudo de congelação constituiu-se de exame citológico do "imprimir" da peça e de exame histológico usando cortes através de congelação. Os cortes foram feitos usando criostato e micrótomo, com cortes de 8µ. O tamanho do tumor puncionado variou de 1cm a 12cm (média 4,8cm). A congelação foi conclusiva em 33 casos (89%), sendo trinta carcinomas e três benignos, e inconclusiva em quatro casos (11%). A obtenção deste dia:nóstico se deu pelo "imprint" e corte em 29 casos (78%), só pelo "imprint" em quatro casos (11 %), em dois casos tanto o corte quanto o "imprint" foram inadequados e dois não foram descritos. Posteriormente foram obtidas peças por exérese da lesão (até a análise) em 28 casos, dos quais 25 carcinomas e três tumores benignos (11 %). Houve um caso de congelação conclusiva de benignidade, em que a exérese posterior revelou se tratar de carcinoma (falso-negativo). Não houve falsos-positivos. A sensibilidade foi de 96% e a especificidade de 100%. Assim, conclui-se que o exame por congelação, usando-se peças obtidas com bioptycut se mostrou confiável, evitando biópsias abertas em 81 % dos casos, garantindo rapidez e melhor preparo das pacientes para terapêutica definitiva.