Hampaiston kuluminen

Tutkielma käsittelee hampaiden kulumista potilastapauksen avulla. Kyseessä on kirjallisuuskatsaus hampaiston eri kulumistyypeistä: eroosiosta, attritiosta, abraasiosta ja abfraktiosta, sekä myös niiden hoidosta ja ehkäisystä. Tutkielmassa käsitellään lisäksi hampaiston kulumisen etiologisia tekijöitä, joihin kuuluvat muun muassa syömishäiriöt Anorexia nervosa ja Bulimia nervosa. Katsauksessa käsitellään myös kuluneen purennan kuntouttamista asiantuntijahoidon avulla.

Hampaiden kuluminen ja kuluneen hampaiston kuntouttaminen

Tässä tutkielmassa perehdyin kirjallisuuden avulla hampaiden kulumiseen ja sen etiologiaan, patogeneesiin, diagnostiikkaan ja luokitteluun. Lisäksi tutkielmani sisältää potilastapauskertomuksen. Potilastapauskertomuksessa käyn läpi bulimiaa sairastavan potilaan kuluneen hampaiston kuntoutuksen. Hoidin potilaan Turun opetushammashoitolassa syksyn 2013 ja kevään 2014 aikana. Hampaiden kulumistyypit voidaan jakaa lähteestä riippuen kolmeen tai neljään eri lajiin: eroosioon, attritioon, abraasioon ja abfraktion. Hampaiden kuluminen on lähes aina monitekijäinen prosessi eli seurausta useammasta eri kulumismekanismista. Siksi kuluneita hampaita tutkiessa voidaan usein tehdä monia eri hampaiden kulumisesta johtuvia diagnooseja. Eroosiossa hampaiden kuluminen johtuu kemiallisesta prosessista, jossa hapot demineralisoivat hammaskudosta. Abraasio ja attritio aiheuttavat hampaiden kulumista mekaanisen rasituksen seurauksena. Abfraktion syntymekanismia ei vielä täysin tunneta. Kuluman mahdollisimman varhainen havaitseminen on tärkeää, sillä lisävaurioiden ennaltaehkäisy on tehokkain tapa hoitaa kuluneita hampaita. Kliinistä statusta tehdessä hammaslääkärien tulisikin entistä tarkemmin määrittää eri kulumismekanismien aiheuttamat vauriot ja niiden vaikeusasteet, sillä oikeiden diagnoosien avulla pystytään sekä kohdentamaan annettava hoito oikein että ehkäisemään lisävaurioiden synty.

Hampaiston kuluminen

Tutkielma käsittelee hampaiden kulumista potilastapauksen avulla. Kyseessä on kirjallisuuskatsaus hampaiston eri kulumistyypeistä: eroosiosta, attritiosta, abraasiosta ja abfraktiosta, sekä myös niiden hoidosta ja ehkäisystä. Tutkielmassa käsitellään lisäksi hampaiston kulumisen etiologisia tekijöitä, joihin kuuluvat muun muassa syömishäiriöt Anorexia nervosa ja Bulimia nervosa. Katsauksessa käsitellään myös kuluneen purennan kuntouttamista asiantuntijahoidon avulla.

Paperirullan kannatushihnan kestoiän pidentäminen

Työn tavoitteena oli selvittää kannatushihnapituusleikkurissa paperin rullaukseen käytettävän kannatushihnan kestoikään vaikuttavia tekijöitä ja ratkaisuja liian lyhyeen kestoikään liittyviin ongelmiin. Työssä selvitettiin ensin kannatushihnatyyppisen pituusleikkurin toimintaa ja tarkemmin sen rullausosaa ja rullausprosessin parametreja. Kannatushihnan kestoikään vaikuttavia tekijöitä on käsitelty kirjallisuuden ja kohdeyrityksessä olevan materiaalin perusteella. Seuraavaksi esitettiin ideoita kannatushihnan rakenteesta ja materiaaleista sekä vertailtiin niitä keskenään ja nykyiseen hihnan rakenteeseen. Työssä tehtiin nykyistä kannatushihnaa simuloiva kaksiulotteinen elementtimalli. Tämän elementtimallin mukaan pituusleikkurin telojen suunnassa epätasainen hihnan kuluminen johtuu hihnan paksuussuuntaisten jännitysten eroista. Hihnan kulkua arvioitiin kokeellisesti kahdella erityyppisellä hihnalla. Hihnan kulkuun eniten vaikutti esikiristysvoima, jota pienennettäessä kehänopeusero paperirullaa simuloivan kuormittavan telan ja hihnatelan välillä pieneni. Työssä löydettiin mahdollinen yhteys rullauksessa tulostietona saatavan datan sekä hihnan geometrian välille. Polyeteenivaahtomuovit ovat kitkansa puolesta lupaavia hihnan kitkapinnoitteen materiaaliksi. Toisaalta polyeteenivaahtomuovien mekaanisia ominaisuuksia ei juuri tunneta, eikä niitä ole käytetty kulutuskestoa vaativissa sovelluksissa. Hihnan ulkopinnan kulumismekanismia ei täysin tunneta.

Järjestelmä puun työstövoimien mittaamiseksi

Diplomityössä oli tavoitteena kehittää järjestelmää puun leikkuuvoimien mittaamiseksi. Puun leikkuuvoima, lastun muodostus, terien kuluminen ja työstöjälki ovat tekijöitä, jotka kiinnostavat puun työstön kanssa tekemisissä olevia tahoja. Luonnonmateriaalina puu on erittäin epähomogeenista, mikä vaikeuttaa luotettavien ja tarkkojen mittaustulosten saavuttamista. Mittauksia vaikeuttavia tekijöitä ovat muun muassa puun tiheysvaihtelut, poikkeamat syysuunnassa sekä oksat. Leikkuuvoimien mittaamisessa käytettiin lineaarihöylää. Höylän rakenteesta ja toimintaperiaatteesta sekä puumateriaalin luonteesta johtuen höyläykset tehtiin ainoastaan puun pituussuunnassa. Huomattavan osan työstä muodosti anturoinnilta tulevan mittaustiedon taltiointiin ja muokkaamiseen liittyvät kysymykset. Mittausjärjestelmän testaamisen ja tehtyjen koemittausten perusteella päädyttiin ehdottamaan muutamia muutoksia sekä itse höylään että mittausanturointiin.

DSA-elektrodien testaaminen kulumisen arvioimiseksi

Työn tavoitteena oli tutkia eri mittausmenetelmillä metallipinnoitettujen elektrodien kulumista kulumiskokeiden aikana. Mittausmenetelminä olivat käytössä syklinen voltammetria, polarisaatiokäyrän määritys ja sähkökemiallinen impedanssispektrometria, jotka olivat offline-mittausmenetelmiä. Näiden menetelmien avulla pystyttiin seuraamaan yksittäisten elektrodien kulumista ajon aikana. Elektrodin pinnoitteen alkuaineiden pitoisuuksia tutkittiin myös elektronimikroskoopin röntgenspektrometrin avulla. Työn aikana tehdyissä kulumiskokeista havaittiin elektrodin kuluvan sitä nopeammin mitä suurempi on virrantiheys. Työssä tehtyjen elektronimikroskooppikokeiden avulla havaittiin, että harvinaisten metallien seostaminen pinnoitteeseen pidentää metallipinnoitetun elektrodin käyttöikää. Syklisen voltammetrian avulla pystyttiin seuraamaan elektrodin pinta-alan muuttumista ajon aikana. Työssä käytettyjen kulumiskokeiden avulla ei suoranaisesti pystytty määrittämään elektrodin jäljellä olevaa elinikää.

Materiaalin valinta sulatuskuljettimen kuluviin kohteisiin

Sellutehtaiden vesikiertojen sulkeutuminen on lisännyt prosessiveden korrodoivuutta. Korroosio- ja mekaanisen kulumisen aiheuttamat ongelmat ovat nousseet esille, kun käytettävät kulutusteräkset eivät enää kestä muuttuneita prosessiolosuhteita. Tässä diplomityössä materiaalin valinnan avulla on etsitty paremmin kulumista kestävää terästä sellutehtaan kuorimon sulatuskuljettimeen. Työssä on tutkittu terästen kulumiskestävyyttä ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Tarkastelun kohteena ovat olleet materiaalien koostumus ja ominaisuudet sekä kulumisympäristö. Työn tavoitteina oli lisätä ymmärtämystä ketjukuljettimissa esiintyvistä kulumismekanismeista ja niihin vaikuttavista tekijöistä. Hankittua tietämystä on käytetty apuna materiaalin valinnassa. Kulumiskestävyyden selvittämiseksi eri koostumuksen omaavia kaupallisia teräksiä testattiin oikeissa käyttöolosuhteissa ja kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa. Työssä on valittu testattujen terästen joukosta parhaiten sulatuskuljettimen kuluviin kohteisiin soveltuva teräs.

Visual Measurement and Modelling of Tool Wear in Rough Turning

Huolimatta korkeasta automaatioasteesta sorvausteollisuudessa, muutama keskeinen ongelma estää sorvauksen täydellisen automatisoinnin. Yksi näistä ongelmista on työkalun kuluminen. Tämä työ keskittyy toteuttamaan automaattisen järjestelmän kulumisen, erityisesti viistekulumisen, mittaukseen konenäön avulla. Kulumisen mittausjärjestelmä poistaa manuaalisen mittauksen tarpeen ja minimoi ajan, joka käytetään työkalun kulumisen mittaukseen. Mittauksen lisäksi tutkitaan kulumisen mallinnusta sekä ennustamista. Automaattinen mittausjärjestelmä sijoitettiin sorvin sisälle ja järjestelmä integroitiin onnistuneesti ulkopuolisten järjestelmien kanssa. Tehdyt kokeet osoittivat, että mittausjärjestelmä kykenee mittaamaan työkalun kulumisen järjestelmän oikeassa ympäristössä. Mittausjärjestelmä pystyy myös kestämään häiriöitä, jotka ovat konenäköjärjestelmille yleisiä. Työkalun kulumista mallinnusta tutkittiin useilla eri menetelmillä. Näihin kuuluivat muiden muassa neuroverkot ja tukivektoriregressio. Kokeet osoittivat, että tutkitut mallit pystyivät ennustamaan työkalun kulumisasteen käytetyn ajan perusteella. Parhaan tuloksen antoivat neuroverkot Bayesiläisellä regularisoinnilla.

Sorvin voimanmittausjärjestelmän käyttöönotto

Tämä työ tehtiin Helsingin ammattikorkeakoulun Konepajatekniikan laboratoriolle. Työn tavoitteena oli saada laboratoriossa olevaan sorviin kiinnitettävä voimanmittausjärjestelmä käyttökuntoon. Aluksi perehdyttiin sorvin rakenteeseen ja toimintaan, sekä opeteltiin sorvausarvojen valintaa ja sorvin käyttöä. Samalla selvitettiin lastuamisvoimiin vaikuttavia tekijöitä. Näistä tekijöistä mielenkiintoisin on terän kuluminen, joka kasvattaa lastuamisvoimia ja samalla heikentää työn jälkeä. Näin ollen lastuamisvoimia seuraamalla voidaan päätellä terän kunto ja määrittää sopiva hetki sen vaihtamiseksi. Työn seuraavassa vaiheessa perehdyttiin mittauslaitteistoon, johon sisältyi voima-anturi, erikoiskaapeli, signaalinvahvistin sekä tietokoneeseen liitetty mittauskortti. Työtä varten rakennettiin alusta asti täysin uusi mittausohjelma käyttäen LabView-ohjelmaa. Ohjelman toimintaa testattiin sorvaamalla samoilla lastuamisarvoilla kahta samankokoista kappaletta, jotka olivat eri materiaaleja. Työn tulokseksi saatiin toimiva ja opetuskäyttöön sopiva mittausohjelma, jonka tulokset ovat vertailukelpoisia kirjallisuudessa ilmoitettujen ominaislastuamisvoimien kanssa.

Suodatuskalvon puhdistaminen UV-valolla tai ultraäänellä aktivoidulla titaanidioksidilla

Kalvotekniikan suurin ongelma on edelleen kalvon likaantuminen, jonka tuloksena kalvon erotuskyky voi muuttua ja liuoksen vuo kalvon läpi pientyä huomattavasti. Kalvotekniikan teollisissa sovelluksissa kalvojen puhdistus on yksi tärkeimmistä pääkohdista, sillä se määrittää kalvon käyttöikää ja käyttötehokkuutta. Yleisimmin käytetyn kemiallisen pesun tuloksena muodostuu hävitettävä pesuliuos, joka sisältää sekä kemikaaleja, että kalvosta poistetun lian. Työssä on tutkittu kalvon puhdistusta ultravioletti-valo- tai ultraäänikäsittelyssä titaanidioksidin läsnäollessa. Menetelmien mahdollisina etuina ovat kalvosta poistetun lian hajotus harmittomiksi komponenteiksi ja mahdollisesti kalvon pienempi kuluminen pesussa. Työn kirjallisuusosassa on käsitelty orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden hajottamista ultraviolettivalon tai ultraäänikäsittelyn avulla titaanidioksidin läsnäollessa sekä olosuhteiden vaikutusta menetelmien tehokkuuteen. Tämän lisäksi työssä on keskitytty polymeerikalvojen UV-valo- ja ultraäänikäsittelykestävyyteen. Kokeellisessa osassa on tutkittu UV-valo- ja ultraäänikäsittelyjen sopivuutta liatun PVDF-kalvon puhdistukseen titaanidioksidin läsnäollessa. Tavoitteena oli liatun kalvon permeabiliteetin palautus puhtaan kalvon tasolle käsittelyn avulla. Kalvon kestävyyttä on myös tutkittu. Tämän työn perusteella tutkittuja menetelmiä ei voida soveltaa tarkistettavan PVDF-kalvon puhdistukseen, ainakaan testeissä käytetyissä olosuhteissa, sillä kalvon ominaisuudet muuttuvat käsittelyissä.

Hakun kulutusosien materiaalivaihtoehdot sellutehtaan puunkäsittelylaitoksen erilaisiin prosessiolosuhteisiin

Selluteollisuuden puunkäsittelylaitoksilla laitteiden kuluminen on prosessin luonteesta johtuen suurta ja kulumisen aiheuttamat kunnossapitokustannukset laitteiden elinkaaren aikana ovat huomattavia. Näissä olosuhteissa toimivan hakun osien kulumista on tutkittu ja tutkimusten pohjalta on kehitetty kulutusta kestäviä materiaalivaihtoehtoja. Vaihtoehtojen vertailut prosesseittain kuitenkin puuttuvat. Terävasteen osalta tutkimus- ja kehitystyötä on tehty vähän. Tässä diplomityössä selvitetään ja vertaillaan hakun kulutusosien kulumismekanismeja, osien materiaalivaihtoehtoja, valmistus- ja kunnostusmenetelmiä ja -kustannuksia laitteen elinkaaren aikana kolmessa erilaisessa puunkäsittelyprosessissa. Työssä annetaan suosituksia kuhunkin prosessiin ja kunnossapitostrategiaan parhaiten soveltuvista ratkaisuista. Työn Case-osuudessa tutkitaan uusia kulutusta kestäviä materiaalivaihtoehtoja terävasteelle. Case-tutkimuksen tuloksena löydettiin terävasteelle kolme uutta materiaalivaihtoehtoa sekä muita vaihtoehtoja, joiden käyttökelpoisuutta kannattaa tutkia lisää. Samalla saatiin terävasteelle parempaan laatuun pystyvä ja kilpailukykyisempi toimittaja. Tutkimuksen perusteella saatiin uusia suosituksia myös muiden kulutusosien materiaali- ja/tai pinnoitusvaihtoehdoiksi. Tuloksista voidaan mainita lisäksi, että kulutusosille löydettiin suositeltavimmat elinkaarikustannuksiltaan edullisimmat vaihtoehdot. Kulutusosien kunnostamiseen liittyen havaittiin, että kunnostaminen on kannattavaa yhtä poikkeusta lukuun ottamatta. Kunnostusprosessista löydettiin kehitettävää. Työn tuloksena saatiin myös useita uusia kehittämisideoita ja runsaasti suosituksia jatkotoimenpiteistä. Hakun kulutusosien nykytilasta saatiin hyvä käsitys ja kattava tietopaketti.

Carbonation of Mg(OH)2 in a pressurised fluidised bed for CO2 sequestration

I takt med den ekonomiska tillväxten har CO2-utsläppen till atmosfären ständigt ökat, och utan kraftiga åtgärder kommer de att fortsätta att öka i allt snabbare takt. Konsekvenserna av en påtagligt förhöjd atmosfärisk CO2-halt är fortfarande osäkra (men eventuellt katastrofala) och fenomenet går under namnet global uppvärmning eller klimatförändring. CCS från engelskans ”carbon dioxide capture and storage” framstår som ett alternativ för att bekämpa de ständigt ökande CO2-utsläppen. Ett av de mer intressanta, och för Finlands del ända CCS-alternativet, baserar sig på naturens egna sätt att begränsa atmosfärisk CO2, nämligen vittring. Naturlig vittring, som förenklat innefattar nedbrytningen av sten/berg (även känd som erosion) och de därpå följande reaktionerna med CO2-mättat regnvatten. Slutresultatet är en utfällning av fasta mineraler som nu bundit CO2 i form av kalcium- och magnesiumkarbonat. Kalciumkarbonat är även bättre känt som kalksten, d.v.s. CO2 blir bundet i sten. Det gäller dock att snabba upp denna process, som i naturen är ytterst långsam, på ett ekonomiskt och miljömässigt hållbart sätt. Hittills har ett antal metoder för att påskynda naturlig vittring, eller med andra ord öka CO2-upptagningsförmågan av olika mineraler föreslagits. De mera etablerade uttrycken (lånade från engelskan) talar om mineralkarbonatisering och CO2-mineralisering. Till skillnad från många andra CO2-mineraliseringsalternativ är det alternativ som behandlas i denna avhandling i hög grad baserat på möjligheten att utnyttja den värme som frigörs vid karbonatisering. I teorin är det möjligt att föreställa sig en mineraliseringsprocess som inte kräver extern energi, men tillsvidare har man dock inte lyckats uppnå detta mål. Den process som presenteras i denna avhandling går ut på att man utvinner magnesium ur i naturen vanligt förekommande magnesiumrika mineraler, konverterar det till magnesiumhydroxid och därefter karbonatiserar det till magnesiumkarbonat. I rätta förhållanden kan magnesiumhydroxid reagera med CO2 mycket snabbt och i nuläget har processen potential att minska CO2-utsläppen från industri där spillvärme finns till förfogande (t.ex. cement- och stålindustrin). Fortsatt forskning är dock ett måste för att kunna påverka CO2-utsläppen i en globalt signifikant skala.

Korjausvelka

Korjausvelka on terminä uusi ja melko vieras. Se kuvaa, kuinka paljon infrastruktuuriin on menneinä vuosina jäänyt investoimatta, jotta ne olisivat käytön kannalta hyvässä kunnossa. Hyvä kunto taas voidaan määrittää niin, että se tarkoittaa esimerkiksi 70 tai 80 %:a hankintahinnasta. Työn tarkoitus on selventää, kuinka Suomen infrastruktuurin korjausvelka on syntynyt ja kehittynyt, mikä on korjausvelan nykytilanne ja mitkä ovat sen aiheuttamat ongelmat ja kuinka nämä ongelmat voidaan selättää. Korjausvelkaa syntyy pääasiassa, kun kunnossapito on vähäisempää kuin rakenteiden kuluminen. Absoluuttisena arvona mitattuna korjausvelkaa on selvästi eniten rakennuksissa. Suhteellisena arvona koko kannan arvosta mitattuna korjausvelkaa on lähes yhtä paljon rakennuksissa, liikenneverkoissa ja yhdyskuntateknisissä järjestelmissä. Suurin ongelma korjausvelan vuoksi on se, että rakenteet eivät enää tuota sitä maksimaalista hyötyä, joka niistä olisi saatavissa, jos ne olisivat hyvässä kunnossa. Korjausvelkaa voidaan selättää suunnitelmallisilla elinkaarihankkeilla, tarkalla korjausrakentamisen strategialla ja esimerkiksi purkamalla huonokuntoisimmat rakenteet ja korvaamalla ne uusilla rakenteilla.

M-käsittelyn vaikutus lastuamalla valmistettavan tuotteen valmistuskustannuksiin

Paremmin lastuttavia M-käsiteltyjä teräksiä on käytetty yrityksissä jo yli 20 vuoden ajan. Ominaisuuksiensa ansiosta M-teräksillä on pystytty pienentämään koneistuskustannuksia ja parantamaan kilpailukykyä. Viime vuosien aikana lastuavat terät ja työstökoneet ovat kuitenkin kehittyneet ja ero M-terästen ja tavanomaisten terästen välillä on voinut kaventua. Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia, saavutetaanko M-teräksen käytöllä taloudellisia etuja nykyaikaisissa konepajaolosuhteissa. Tutkimuksessa vertailtiin M-käsitellyn ja tavanomaisen 42CrMo4 – teräksen koneistusta. Valmistuskokeissa tarkasteltiin terien kulumista, lastun muotoa ja pinnanlaatua. Koekappaleena toimi olakkeellinen kuusiomutteri M64 kierteellä. Tuotteita valmistettiin yli 500 kappaletta ja materiaalia poistettiin noin 2000 kg. Koetulosten perusteella tuotteille laskettiin koneistuskustannukset kuvitteellisessa yrityksessä. Ero materiaalien välillä oli suurin työvaiheissa, joissa lastuaminen oli jatkuvaa. Sisä- ja ulkosorvauksessa M-käsiteltyä terästä lastunneiden terien kestoikä oli noin kaksinkertainen ja kierteen sorvauksessa noin nelinkertainen tavalliseen teräkseen verrattuna. Hakkaavassa työstössä terien kestoikä oli molemmilla materiaaleilla sama. Työssä suoritettujen kokeiden ja kustannuslaskelmien perusteella, käyttämällä M-käsiteltyä terästä voidaan pienentää valmistuskustannuksia. Materiaalien välinen ero korostuu, kun hakkaavaa työstöä on vähän, sarjat ovat suuria ja tuotanto on miehittämätöntä.