Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Actualmente las herramientas de fabricación están limitadas a producir objetos cuyas dimensiones no sobrepasen los límites de su volumen de manufactura. En el caso de las impresoras 3D la relación entre el volumen de manufactura y el tamaño de la máquina se aproxima a la unidad debido a su principio de funcionamiento. Lipson comenta en su libro Fabricated que es posible aumentar esta relación al infinito si es que la impresora 3D se acopla a un mecanismo que se mueva libremente por el espacio. En el presente trabajo se relata el proceso de desarrollo y caracterización de Koala 3D, una impresora 3D móvil que es capaz de fabricar objetos de mayor tamaño que su propia altura. Esto lo hace gracias a que continuamente modifica la posición de su volumen de manufactura al trepar la pieza (estructura) que va imprimiendo en paralelo. El desarrollo de Koala 3D se hizo dividiendo el prototipo en dos subconjuntos: una impresora 3D y un robot trepador. Para el diseño de la parte impresora se basó en modelos que funcionan mediante el método de modelado por deposición fundida e innovándose en el mecanismo que posiciona el material sobre el área de manufactura. La parte trepadora se diseñó procurando que se moviera con precisión a lo largo de la estructura impresa y que fuera capaz de soportar largas sesiones de manufactura. Para el control del prototipo se emplearon plataformas y programas dedicados al rubro de la impresión 3D que se utilizan ampliamente en comunidades hágalos-usted-mismo . El hardware Ramps 1.4 fue capaz de operar ambas partes a pesar de no estar diseñada para el control de un robot trepador o móvil. El firmware Marlin cargado en el controlador de la máquina facilitó la interacción entre el usuario y el prototipo mediante la utilización del código máquina. Luego de fabricados y calibrados los distintos mecanismos del sistema se finalizó el trabajo caracterizando y estudiando el desempeño del prototipo. La energía consumida y la calidad de los objetos manufacturados fueron similares a impresoras de escritorio utilizadas en la actualidad. También se estudiaron las oscilaciones del sistema al manufacturar una pieza estandarizada, analizando las implicancias del diseño en este fenómeno y dando recomendaciones para trabajos futuros.

Fabrication of a 3D structure and surface texture using excimer laser mask projection ablation processes typically requires the machine operator to develop a specific NC part program for the desired structure geometry, and also incorporate appropriate machine parameters to achieve the desired surface finish. The capability of the laser ablation process could therefore be significantly improved by developing a CAD/CAM system that automatically generates the NC part program using the 3D information of the CAD model of the desired structure. Accordingly, the focus of this research was to develop such a system that is, an effective CAD/CAM system specifically for excimer laser mask projection micromachining tools. To meet these requirements, a unique combination of commercially available systems was used to develop the new CAD/CAM system. The systems used comprised of a computer aided, feature based parametric design system (SolidWorks), together with its extended programming capabilities based on Automated Programming Interface (API) functions for Windows applications, and Visual Basic (VB) 6.0 programming utilities. The system's algorithms use a novel methodology to extract the 3D geometry of a microstructure. Two different techniques have been developed to extract the 3D data. First, where 3D geometry information from a CAD model was defined as a Stereolithography (STL) file, and second, where this information has been contained in a set of bit-map (BMP) files that represent a sliced or layered structure of a CAD model. Based on this, first an algorithm to create NC part programs to support Step-and-repeat micromachining technique was developed and then successfully extended to be applicable for another commonly used micromachining method, Workpiece-Dragging technique. The systems algorithms for both techniques are based on the raster-colour programming technique, resulting in substantially reduced mathematical complexity and computational time. This is the first time this approach has been used to support direct conversion of 3D geometry from a CAD model into an NC part program compatible with the excimer laser CNC controller. 2D mathematical models for controlling edge and stitching errors were also implemented in the system. An additional technique, named as 'Common Nest' has been developed with the aim to enable automatic NC part programming when microstructure design to be completed successfully, requires use of multiple complex mask patterns as a projection tool instead of just a single square aperture. The effectiveness of the system was verified by NC part program generation for several 3D microstructures and subsequent machining trials using polycarbonate (PC) and Polyethylene terephthalate (PET), and optimised processing parameters. Excellent agreement was obtained between the laser machined geometries and the microstructure CAD models. The Laser Scanning Confocal Microscope (LSCM) measured the lateral dimensions tolerance of 2m. The system was also successfully applied for a practical micro-engineering application, for the development of a microfluidics cell transportation device.

This PhD thesis presents an experimental investigation into the tensile properties, strengthening mechanics and failure mechanisms of three-dimensional (3D) woven composites with through-the-thickness (z-binder) reinforcement. 3D composites are being developed for the aerospace industry for structural applications in next-generation aircraft, such as wing panels, joints and stiffened components. The use of 3D woven composites in primary aircraft structures cannot occur until there has been a detailed assessment of their mechanical performance, including under tensile loading conditions. The aim of this PhD project is to provide new insights into the in-plane tensile properties, fatigue life, tensile delamination resistance and failure mechanisms of 3D woven composites with different amounts of z-binder reinforcement. Previous research has revealed that excessive amounts of z-binder reinforcement dramatically improves the tensile delamination toughness, but at the expense of the in-plane structural properties. For this reason, this PhD project aims to evaluate the tensile performance of 3D woven composites with relatively small z-binder contents (less than ~1%). The research aims to provide a better understanding of the manufacture, microstructure and tensile properties of 3D woven composites to assist the process of certification and application of these materials to aircraft structures as well as high performance marine and civil structures.

L'objet de ce travail est de proposer des nouvelles approches d'analyse et synthèse des tolérances géométriques de mécanismes. Nous présentons l'approche par les équations de tolérancement et l'approche statique qui sont basées sur la théorie des mécanismes. ces deux approches permettent de déterminer qualitativement les tolérances de positions relatives des surfaces fonctionnelles d'une même pièce. Nous présentons des méthodes d'analyse et synthèse des tolérances utilisant la notion de domaine jeux et de domaine écarts. Dans les cas de mécanismes en boucle simple, la méthode d'analyse permet de vérifier les conditions d'assemblage grâce à quelques opérations géométriques entre les domaines jeux et écarts. Pour des conditions fonctionnelles données, la méthode de synthèse, permet de choisir, du point de vue qualitatif et quantitatif, des tolérances optimales dans de nombreux cas. Dans le cas de mécanisme en structure parallèle, nous introduisons la notion de domaine jeu résiduel et de domaine d'incertitude. A l'aide de ces domaines, la méthode d'analyse permet de définir les conditions nécessaires et suffisantes d'assemblage. Elle permet également de généraliser cette étude pour vérifier d'autres conditions fonctionnelles comme les conditions de précision. Les perspectives de développements consistent à généraliser l'approche sur des mécanismes de structure quelconque, et à intégrer ces méthodes d'analyse et de synthèse dans les systèmes de C.A.O..

Le travail présenté dans ce manuscrit se rapporte à la résolution des équations de la magnétohydrodynamique 3D non-linéaire. Il s'inscrit dans le cadre d'un projet qui avait pour objectif de mettre en place un code non linéaire parallélisé capable de s'adapter à des géométries nies complexes, en considérant un domaine de calcul hétérogène composé de conducteurs de propriétés électro-magnétiques différentes et d'isolants. L'apport principal de ce travail a été de mettre en place une formulation numérique permettant de prendre en compte des sauts de perméabilité magnétique au sein du domaine conducteur. Pour cela, une méthode de pénalisation de type Galerkin discontinue a été retenue. Dans ce manuscrit, on trouvera des résultats numériques concernant trois applications distinctes : la génération et l'étude de la propagation d'ondes d'Alfvén dans un conteneur cylindrique ni, l'étude des effets magnétohydrodynamiques dans un disque képlerien et en n une simulation réaliste d'une expérience dynamo (VKS2). L'originalité des simulations proposées concernant ce dernier sujet repose sur le fait qu'elles intègrent des matériaux de perméabilité magnétique élevée présents dans le dispositif expérimental. Bien que le rôle de ce type de matériaux soit bien compris et exploité en magnétostatique depuis longtemps, son impact en magnétohydrodynamique reste à préciser.

La reconstruction faciale à partir d'un squelette crânien est une technique importante dans plusieurs domaines scientifiques, en particulier dans les sciences médico-légales, l'archéologie et la paléontologie pour l'identification de crânes et la reconnaissance de personnes. Elle fait partie des méthodes d'identification reconstructive et est utilisée le plus souvent en dernier recours, lorsqu'aucune autre technique ne permet de présumer l'identité inconnue de la personne. Cette thèse aborde la problématique de la reconstruction faciale à partir d'images tridimensionnelles (3D) de crânes humains considérés comme étant inconnus. Nous présentons une méthode de reconstruction faciale 3D informatisée reposant sur des techniques récentes d'imagerie médicale avec comme principaux objectifs la rapidité du traitement et l'élimination de la subjectivité en s'appuyant en particulier sur des critères mathématiques pour évaluer les résultats. Notre méthode est fondée sur une approche par modèle déformable contraint par la connaissance des épaisseurs des tissus mous en un certain nombre de points de repère caractéristiques. Elle utilise, pour chaque reconstruction faciale, une image 3D d'une tête de référence dont nous extrayons la peau et le crâne, et une image 3D du crâne d'une tête inconnue dont nous voulons reconstruire la peau. La procédure de la reconstruction faciale est divisée en deux principales étapes. Une étape d'initialisation du modèle déformable est fondée sur une technique de recalage non linéaire guidé par un modèle de déformations de forme libre (FFD) à base de B-splines. Nous proposons donc une initialisation automatique, réalisée uniquement à partir d'un ensemble crâne et peau de référence et du crâne inconnu. Nous calculons, dans un premier temps, une transformation de l'image 3D d'un crâne de référence vers celle du crâne inconnu. Ensuite, nous appliquons la même transformation pour déformer l'image de la peau de référence vers une nouvelle peau que nous considérons proche de la peau inconnue et qui servira d'initialisation à la reconstruction faciale finale. Dans une seconde étape, la peau initiale, résultant de la transformation calculée précédemment, est raffinée à l'aide d'un modèle déformable 3D à base de maillages simplexes qui est attiré par un ensemble des points de repère caractéristiques préalablement calculés par un calcul des courbures moyenne et gaussienne, et fixés selon les positions des repères anthropologiques de Rhine et Campbell [Rhine et Campbell, 1980]. L'évolution de notre modèle déformable est effectuée suivant différentes forces internes et externes dont la force de champ de vecteurs de gradients (GVF) et une force de pression. Cette méthode a été testée sur treize ensembles de données crâne/peau issus d'IRM-3D de têtes d'individus enfants et adultes. Pour chaque reconstruction faciale, deux ensembles crâne/peau correspondant à une tête de référence et à une tête dont la peau est à reconstruire sont sélectionnés selon des caractéristiques anthropologiques similaires. Par cette méthode, nous obtenons des résultats encourageants. Les formes reconstruites restent des visages, visiblement acceptables, et sont relativement proches des visages réels.

<p>Att föra en bra kommunikation vid designprocesser är nyckeln till ett lyckat designresultat. Vid designsituationer där designer och projektledare inte befinner sig på samma ort, utan istället cirka 60 mil ifrån varandra, så går det att påstå att kommunikationen är avgörande för utgången av projektet. I denna designprocess befinner jag, som designer, mig i Umeå medan min uppdragsgivare och projektledare är lokaliserade i Jukkasjärvi utanför Kiruna. Mitt uppdrag som designer är att i 3D skapa skisser för hur interiören ska se ut i ICEHOTELS kommande samarbete med Astronomiåret 2009. Den fråga som jag har valt att bearbeta är således hur designarbete på distans kan underlättas.Ett tält kommer att sättas upp under vintern 2008/2009 på älven nedanför ICEHOTEL i Jukkasjärvi. Temat för interiören i tältet kommer att gå i samma tema som på hotellet, nämligen i snö och is. I tältet ska det finnas möjlighet att åka skridskor samtidigt som ett norrsken projiceras i taket. Med hjälp av verktyget Google-Sky och i samarbete med Astronomiåret 2009 så ska det finnas tillfälle att få lära sig mer om rymden och dess betydelse för oss människor.Som ett första steg i denna designprocess besökte jag ICEHOTEL för att diskutera projektet med ansvariga på hotellet och för att skapa en egen uppfattning om hotellet samt att få en känsla för miljön där. Vi bestämde att vi i designprocessen skulle kommunicera på så vis att jag som designer får modellera interiören i 3D för att sedan skicka dessa skisser till Petra, som är projektansvarig på ICEHOTEL, för att sedan ge mig feedback. Det huvudsakliga syfte jag har med detta arbete är att i samband med denna designprocess få visa att 3D-skisser hjälper designers vid arbete på distans. Genom en kontinuerlig e-postkommunikation med skisser i 3D så kom vi tillslut fram till ett färdigt resultat som både jag och uppdragsgivaren är mycket nöjda med. Den metod som jag har valt att använda är i huvudsak en kvalitativ metod som innebär att jag under designprocessen kommer att observera arbetet mellan mig som designer och Petra på ICEHOTEL. Jag undersöker detta samarbete i termer av tre tillvägagångssätt, nämligen ett besök på ICEHOTEL för att medverka på ett möte, design av 3D-skisser samt kommunikation via e-post. Fördelar med e-post i detta projekt är att det går snabbt, är lättåtkomligt och att det är billigt. Det har varit klara direktiv, vilket har gett ett bra flöde i designprocessen. Att kommunicera med e-post och 3D-skisser har definitivt gjort att vi har kommit varandra närmre under designprocessen. 3D-skisserna hjälper mig som designer genom att det är lätt för projektledaren att följa med i designprocessen och ge kommentarer. Nackdelarna har inte varit många, men det har uppstått vissa missförstånd under arbetets gång på grund av både tekniska aspekter samt otydlighet från båda sidor. Resultatet är dock att enligt min undersökning kan designarbete på distans underlättas. Detta genom att kontinuerligt skicka 3D-skisser på designen via e-post för att på så vis utveckla designen tillsammans med resten av designteamet till en slutprodukt.</p>

<p><p>Detta examensarbete har utförts i samarbete med arkitektkontoret Equator, som är</p><p>beläget i Stockholm. Syftet med vårt uppdrag har varit att ta fram ett intresseväckande</p><p>bildmaterial för receptionsmiljöer. Vårt fokus låg i att förstå hur man bäst förmedlar rum</p><p>i bilder. Den övergripande frågeställningen var; hur får man i en bild, information om</p><p>rummet och dess rymd?</p><p>Metoder vi använde oss av för att nå vårt mål var litteraturstudier, enkätundersökning</p><p>och utprovningar. Litteraturstudier utfördes för att få en god grund till ämnet samt till</p><p>utformningen av bildmaterialet. Med utgångspunkt från litteraturstudier och</p><p>undersökningsresultatet tog vi fram ett antal förslag på bildmanér som efter utprovningar</p><p>resulterade i två bildmanér. Resultatet bestod av en rendering och en konturskiss.</p><p>I rapporten ger vi även förslag på praktiska tillämpningar som på olika sätt kan</p><p>förtydliga rumsligheten i en bild.</p></p>

<p>3d-skärmar är en spännande teknik som har fått en ny vind på senaste tiden med artiklar som 3DeeShell till iPhone och Wazabees 3d-lösningar till PC.</p><p>När dessa 3d-skärmar används till att visa spel i 3d så stöter spelutvecklare på problem när de ska utveckla visuella effekter såsom anti-aliasing och billboarding, då dessa tekniker kanske inte är anpassade till 3d-skärmens funktionalitet.</p><p>Undersökningen i detta arbete söker att finna några svar på hur dessa tekniker fungerar tillsammans med dessa 3d-skärmar och det kommer att redogöras för några åtgärder för att förbättra kvalitéen på dessa visuella tekniker.</p>

<p>Med detta examensarbete vill vi belysa problematiken runt tredimensionell fastighetsbildning. Som objekt har vi använt oss av ett bergrum på Liljeholmskajen i Stockholm.</p>