Orientadores: Maria Clara Filippini Ierardi, Marco Antonio Fiori Scarparo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T19:01:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Munhoz_AndreLuizJardini_M.pdf: 5394308 bytes, checksum: 02baccbb87abc2bb6cafa3eca36f708f (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Este trabalho apresenta uma técnica inovadora de pesquisa, conhecida como estereolitografia térmica em três dimensões, que permite fabricar protótipos em resinas termosensíveis, com aplicação da radiação inffavermelha (10,6 um)do laser de CO2. Usualmente esta técnica de fabricação de protótipos é realizada com o laser operando na região espectral do ultravioleta (352 nm).O processo da cura localizada ocorre com o feixe laser de CO2 focalizado na superficie da amostra de um material composto de resina epoxi, dietileno triamina e sílica em pó, em proporções adequadas. Neste trabalho, foram criados os modelos fisico e químico para controlar o volume curado em função dos parâmetros operacionais do laser e das características térmicas e ópticas da amostra. As análises experimentais determinaram a faixa de temperatura em que a cura se inicia, e o comportamento da profundidade de absorção óptica em função da variação de sílica na composição. Um modelo matemático foi aplicado, resolvendo-se a equação da condução de calor dependente do tempo na coordenadas cilíndricas, que permite prever o comportamento da cura em função das condições de irradiação. Os resultados comprovaram que pode-se confinar a cura localizada muito próxima da dimensão do feixe laser, apresentando concordância com os resultados experimentais preliminares onde peças tridimensionais foram construídas por sobreposição de camadas com espessuras individuaisda ordem de 0,1 a 0,2 mm / Abstract: We present a new three dirnensions stereolithography technique with applications to the produce of prototypes in thermosetting resins. In contrast conventional stereolithography which utilize ultraviolet illurnination (typically ernanating a HeCd laser - 0,352 um) to cure a photosensitive polymer, we achieve a localized cure in thermosensitive epoxy using a scanned CO2 laser (10,6 um). The sample consists of the epoxy resin mixed with optimum concetration of diethilene triamine and silica powder with laser power adjusted to produce setting only at the focus of the scanned bearn. We present models of the physical and chemical to described and to control of parameter involved of localized curing. Special consideration is given to the laser parameters, scanning speed as well as the sample parameters involved in the curing process. In particular a series experiments were performed to determine the optimum silica concetration for efficient curing as a function of temperature. Tn order to model the flow of the heat in laser-induced curing we used mathematical approach to solve the time dependent heat equation in cylindrical coordenator. Results show the numerical simulation that in the time required for curing, we can successfully confine curing laterally to within the roughly the diameter of the laser bearn and vertically to within the absorption depth and show a good agrement with experimental data obtain by the previous work / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Neste trabalho foi realizado um estudo da dinâmica de formação de pulsos de laser de CO2 com o uso de um motor de passo no chaveamento da cavidade óptica, técnica conhecida como Q-switching. O controle do motor foi realizado por um programa, que simula um controlador tipo PWM, escrito em linguagem C. Foi verificado a possibilidade de operar o laser fazendo com que fosse possível controlar o tempo de chaveamento da cavidade óptica independente da taxa de repetição do laser, característica interessante para processamento de materiais. Foi utilizado um motor de passo tipo Applied Motion HT23-397, com precisão de 1,8 por passo que possibilitou atingir taxa de repetição da ordem de 150 Hz e potência de pico de ate 5 kW em pulsos com largura temporal entre 1,4 e 3 ms. Foi verificado um aumento entre a potência de pico dos pulsos e a potência em regime CW de 500 vezes. Um modelo teórico foi desenvolvido para comparação, revelando boa concordância, entre resultados teóricos e experimentais.

Neste trabalho foi realizado um estudo experimental de um laser de CO2 composto por um oscilador chaveado por um obturador eletromecânico e um amplificador contínuo, conjunto este conhecido pela sigla MOPA (Master Oscilator Power Amplifier). O oscilador apresenta uma configuração de cavidade ressonante muito simples para operação em regime de q-switching a partir de lasers de CO2 contínuos. De um lado da cavidade tem-se um espelho de acoplamento plano de Germânio e de outro lado um conjunto feito de uma lente positiva e um espelho plano 100% refletor. O feixe do laser é focalizado pela lente sobre o espelho 100% refletor e um chopper é colocado perto deste espelho para chavear as perdas da cavidade. Com esta cavidade ressonante foram obtidos pulsos de laser com taxas de repetição de 50 a 900 Hz, potências de pico entre 30 e 1500W e larguras de pulso entre 0,5 e 1,1s. A este oscilador foi adicionado um amplificador a fim de estudar a operação laser na configuração MOPA. O amplificador é feito de duas células de descarga a baixa pressão, bombeamento contínuo, com 40 cm cada uma. O amplificador gerou uma faixa de ganhos entre 1,3 e 2,4. Um modelo teórico foi desenvolvido para comparação entre os resultados teóricos e experimentais. Com o modelo teórico e com os resultados experimentais obtidos neste trabalho é possível dimensionar um sistema de maior potência ou energia por pulso.

Neste trabalho, são apresentados os detalhes do projeto, da construção e do desenvolvimento de um laser de CO2 de alto fluxo. O trabalho surgiu de necessidades específicas do Laboratório de Desenvolvimento de Aplicações de Laser e Óptica (DedALO) da Divisão de Fotônica do IEAv, onde é necessário um laser de CO2 contínuo, com potência da ordem de 1 kW e que possa ser operado como amplificador de um oscilador pulsado de baixa potência, para aplicações em processamento de materiais, propulsão a laser e evaporação de metais utilizados nos projetos de separação isotópica. Por meio de estudos teóricos e observações práticas, procurou-se reunir o maior número de dados disponíveis para a montagem de lasers de CO2 de alto fluxo. São apresentados os detalhes de projeto da cavidade ressonante, do trocador de calor, resistor ballast, sistema de vácuo, sistema elétrico e sistema de fluxo. São também descritos os componentes, a sua montagem, técnicas de alinhamento de espelhos, medição de potência e de fluxo. Com o primeiro protótipo foram obtidos 200 W de potência contínua, uma eficiência de conversão de energia elétrica em óptica de 13%, quando operando com uma pressão ótima de 24 Torr (3200 Pa) de uma mistura padrão de 10% de CO2, 10% de N2, 80% de He, com uma vazão de 0,121 m3/s. Estes resultados são comparados com os previstos pelos modelos utilizados e é verificada uma boa concordância entre eles.

Este trabalho apresenta resultados do estudo experimental de propulsão por ablação laser em alvos sólidos. O empuxo foi quantificado através da transferência de momento devido à formação de plasma por pulsos de laser focalizados na superfície de alvos. As medidas de momento transferido para os alvos foram obtidas através de um pêndulo balístico no qual os alvos foram fixados. O conjunto de pêndulo e alvo foi condicionado no interior de uma câmara de vácuo, simulando uma atmosfera rarefeita. Os pulsos de laser foram focalizados na superfície dos alvos, fazendo oscilar o pêndulo. Este movimento foi filmado por uma câmera CCD. O filme foi analisado quadro a quadro, fornecendo a trajetória do pêndulo e, da análise desta trajetória foi obtido o impulso transferido ao alvo. O laser utilizado foi um CO2-TEA, que gera pulsos com energias da ordem de 1 J, com duração à meia altura de 75 ns. Os alvos utilizados foram de grafite e carbono vítreo, que, embora tenham a mesma constituição química, apresentam morfologias diferentes. Nas condições experimentais desse trabalho, o coeficiente de transferência obtido foi da ordem de 3,5×10-4 N.s/J para o grafite e da ordem de 6×10-4 N.s/J para o carbono vítreo. A transferência de momento para o carbono vítreo mostrou-se mais eficiente que para o grafite, o que indica que a propulsão por ablação a laser depende não somente do material utilizado, mas também na forma que este material é compactado ou condicionado.

Neste trabalho estudou-se o comportamento de um laser de CO2 contínuo com uma célula absorvedora e um obturador ótico ("chopper") no interior de sua cavidade ressonante. Verificou-se que a introdução da célula absorvedora determina o surgimento de oscilação laser em outras linhas de diferentes bandas do espectro de emissão do laser de CO2. Foi estudado o desempenho do sistema quando da utilização de dois gases absorvedores: o Hexafluoreto de Enxofre (SF6) e o Etileno (C2H4), nas faixas de pressão de 0 a 45 Torr e de 0 a 300 Torr, respectivamente. Foi, também, elaborado um modelo teórico, baseado em equações de taxa, para descrever o comportamento do conjunto laser + absorvedor, sendo que este modelo dá uma visão qualitativa do comportamento do sistema. Por último, foi feita uma comparação entre os resultados experimentais e os resultados obtidos através do modelo teórico.

Neste trabalho anéis automotivos de aço foram previamente recobertos com negro de fumo e posteriormente irradiados com laser de CO2. O negro de fumo apresentou melhor acoplamento da radiação incidente e como fonte de carbono, tanto para atuar como lubrificante sólido, quanto para elevar o teor de carbono da superfície do aço. Diversas técnicas de análise, incluindo nano endentação foram utilizadas para se avaliar os principais mecanismos dominantes em cada etapa do processo. Destas análises, conclui-se que ocorreu difusão de carbono no estado sólido, após irradiação uma camada com teor de carbono aumentado. Abaixo desta camada, as análises mostram que ocorreu um processo de têmpera, aumentando a dureza em relação ao substrato já temperado. Medidas de dureza da região tratada mostram que extensões de até 120 m com durezas por volta de 950 HV0,05 puderam ser atingidas. O coeficiente de atrito foi reduzido de 0,7 para 0,15, o que pode ter contribuído para que os anéis tratados apresentassem menor desgaste.

Orientadores: Rubens Maciel Filho, André Luiz Jardini Munhoz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T04:58:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barbosa_MariaIngridRocha_D.pdf: 6334120 bytes, checksum: 813346a6df3bd4b021cd96c013949224 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A tendência atual na área de desenvolvimento de materiais aponta significantemente para o desenvolvimento de nanocompósitos. Várias pesquisas mostram que as características das propriedades que estes materiais apresentam ampliam de forma bastante promissora suas possíveis aplicações. Levando-se isso em consideração, este projeto tem como objetivo o estudo e desenvolvimento de materiais compósitos (polímero/carga) nanoestruturados para utilização no processo da Estereolitografia Laser no Infravermelho (CO2). Para tanto, o estudo envolve a mistura física de nanopartículas de sílica dispersas em uma matriz polimérica, composta por resina epóxi (diglicidil éter bisfenol A - DGEBA) e dietilenotriamina (DETA) como agente de cura. A determinação das propriedades térmicas e análise dos principais fenômenos e mecanismos gerais de cura do material nanocompósito foram realizadas utilizando a técnica de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). Simulação computacional, utilizando um modelo matemático determinístico resolvido por volumes finitos através do programa ANSYS CFX®, foi realizada com o objetivo de avaliar os perfis da distribuição da temperatura espacial e temporal (análise térmica transiente), na amostra (modelo físico), durante a aplicação do laser nos materiais nanocompósitos com diferentes composições. A validação física das simulações foi feita utilizando o processo de Estereolitografia Laser no Infravermelho (CO2), avaliando o efeito dos parâmetros do processo (velocidade de varredura e potência do laser). Os resultados obtidos comprovaram que, dentre os sistema estudados, o sistema nanocompósito DGEBA/DETA/NS A apresenta características de viscosidade e cura localizada adequadas à utilização no processo de Estereolitografia Laser no Infravermelho (CO2). Os testes experimentais mostraram que quanto maior a velocidade de varredura do feixe laser (?), menor a difusão de calor para as regiões vizinhas ao ponto irradiado e, consequentemente, menor a espessura da camada curada. Outro fator observado na realização dos testes é que quanto menor a quantidade de pulsos incidentes no material e maior a ?, melhores são as condições de obter a cura localizada, com pouca difusão de calor para regiões vizinhas ao volume irradiado. Com base nesses resultados conclui-se que a cura localizada depende do material utilizado e do controle dos parâmetros operacionais do processo / Abstract: The current trend in materials development points significantly to the development of nanocomposites. Several researches show that the characteristic properties of these materials present, compared to similar macrocystaline, a broad range of promising possible applications. Taking this into consideration, this project aims to study and develop nanostructured composite materials (polymer/filler) to use in the process of Infrared Laser Stereolithography (CO ). 2 Thus, this study involves the physical mixture of silica nanoparticles dispersed in a polymer matrix composed of epoxy resin (diglycidyl ether bisphenol A - DGEBA) and diethylenetriamine (DETA) as curing agent. The determination of thermal properties and analysis of major general phenomena and mechanisms of nanocomposite materials cure were carried out using the Differential Scanning Calorimetry (DSC) technique. Computer simulation using a deterministic mathematical model solved by finite volume through the ANSYS CFX program, was performed ® to evaluate the profiles of the temperature spatial and temporal (transient thermal analysis) distribution in the sample (physical model) during laser application in nanocomposite materials. The simulation validations were made using the Infrared Laser Stereolithography (CO ) process, evaluating the effect of process parameters 2 (laser scan rate and laser power). The results obtained proved that among the studied systems, the DGEBA/DETA/NS A nanocomposite system have characteristics of viscosity and localized cure suitable for use in the Infrared Laser Stereolithography (CO ) process. 2 The experimental tests showed that the higher the scan rate of laser beam (?), lower the heat diffusion to the neighboring regions to irradiated point, and lower the thickness of the layer cured. Another observed aspect in the test refers to the fact that the smaller number of pulses incident on the material and the higher the scan rate of laser beam, better are the conditions to obtain localized cure, with little heat diffusion to neighboring irradiated volume regions. Based on these results it may be concluded that the localized cure depends on the material used and the control of operational parameters process / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Maria Clara Filippini Ierardi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T03:11:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_UlissesMiguelde_M.pdf: 6146675 bytes, checksum: a098d7fa360e3318b0d61cda9715b8af (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O laser atualmente é uma eficiente ferramenta para tratamentos de superficie, atingindo uma área restrita, ou seja, alterando propriedades das regiões superficiais sem alterar o material como um todo. Dentre os tratamentos superficiais com laser pode citar-se a Formação de ligas de Superficie (Alloying) e o Formação de Ligas de Camadas Superficiais (Cladding). Esses processos, em função da pequena área afetada pelo calor, propiciam condições para a solidificação rápida, favorecendo precipitação de fases fora do equilíbrio e refino de grão. Essas alterações superficiais podem melhorar a resistência ao desgaste e dureza. O presente trabalho analisa o processo de Formação de ligas de Superficie (Alloying) de uma liga AI Ni sobre substrato de alumínio comercialmente puro. A nova liga de superficie formada é avaliada através da análise da microestrutura resultante, dureza, variação da concentração de Ni na camada e resistência à corrosão / Abstract: Nowadays the laser is an efficient toa} to treat surfaces, getting to a restricted area by altering the propertie~ of thore &lperncial area~, without altering the ma.terial a.~ a. whole. Among~t the superficial laser treatments one can menrion Alloying and Cladding. These processes, because of the small heat affected area, allow conditions to a rapid solidification, favoring the precipitation of phases out of equilibrium and grain refinement. These surface alterations can increase the resistance to wearing and the hardness. The present work analyses the laser AIloying of a AlNi compound over a commercially pure AI substrate. The newly formed surface compound is evaluated by an analysis of the resulting microstruture, porosity, hardness, variation of the Ni concentration in the layer and resistance to corroslon / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho visa avaliar a possibilidade da utilização de um laser de CO2 de 50 W para realizar o tratamento térmico superficial do aço AISI M2. Para minimizar a reflexão do aço ao feixe de luz incidente, aplicou-se na superfície do aço, uma fina camada de grafita que atua como um absorvedor da radiação incidente, e em seguida, transfere parte do calor absorvido a superfície do aço. As alterações micro-estruturais, ocorridas no aço, em conseqüência da troca térmica com a grafita, foram avaliadas através de microscopia ótica (MO) e análise de microdureza (Hv). Por MO, observou-se na secção transversal da região tratada por laser, à presença de uma camada mais clara que o núcleo da amostra, com espessura da ordem de 40 micrometros e por Hv constatou-se que esta camada apresenta uma dureza cerca de 30% maior que as regiões sem tratamento com o laser. Utilizando-se um difratômetro de raios X (DRX) avaliou-se as transformações de fase decorrentes do aquecimento e resfriamento rápido do aço. Por meio de ensaios tribológicos sobre o revestimento de grafita, após a irradiação com o laser, observou-se que o coeficiente de atrito foi reduzido em cerca de 70%.