Mechanics Guided Design of a Hybrid Laser/Water-Jet (LWJ) Manufacturing Process

混合激光/水射流 (LWJ) 制造工艺的力学引导设计

基本信息

  • 批准号:
    0522788
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2005-07-01 至 2008-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The goal of this research is to investigate the thermal shock-induced fracture mode of material removal in a hybrid laser/water-jet manufacturing process for brittle materials and to develop educational and outreach activities that focus on hybrid non-traditional machining processes and enhance the local manufacturing infrastructure. In this project, a synergistic combination of low-power laser and low-pressure water-jet will be utilized to accomplish precise material removal of concrete, granite and other brittle materials by thermal shock-induced fracture mechanism rather than energy-intensive erosive wear or melting and evaporation mechanisms. A thermo-mechanical model coupled with laboratory scale machining experiments will be used to probe the design parametric space and properties associated with the hybrid manufacturing process.If successful, the research will overcome the current limitations of the existing diamond saw, laser, and water-jet methods such as energy inefficiency, rapid tool wear, low-quality surface treatment, hazardous noise, significant waste debris, and mechanical stress-induction, with the resulting societal benefits of energy savings, economics and environment. This research will contribute to the development of a workforce trained in advanced manufacturing technology by exposing graduate and undergraduate students to scientific and technological underpinnings such as interactions of multiple energy sources, science of fluid flow, mechanical abrasion, heating, and dissolution. Incorporating the results of this research in the required manufacturing courses will enhance the Mechanical Engineering curriculum at Iowa State University. Collaborative partnership with local manufacturer will facilitate broad dissemination of the results to the industrial sector.
这项研究的目的是研究脆性材料的混合激光/水射流制造过程中的热冲击引起的材料去除模式,并开发着重点是混合非传统加工过程的教育和外展活动,并增强本地制造基础设施。在这个项目中,将利用低功率激光和低压水射流的协同组合来通过热休克诱导的断裂机制,而不是能量密集型侵蚀性磨损或融化和融化和融化和蒸发机制来确切地去除混凝土,花岗岩和其他脆性材料。将使用与实验室规模加工实验结合的热机械模型将用于探测与混合制造过程相关的设计参数空间和特性。如果成功,该研究将克服现有的钻石锯,激光器和水射流方法的局限节能,经济和环境的社会利益。 这项研究将通过使研究生和本科生接触科学和技术基础,例如多种能源的相互作用,流体流动科学,机械磨损,供暖和溶解等科学和技术基础,从而有助于发展接受高级制造技术的劳动力。将这项研究的结果纳入所需的制造课程将增强爱荷华州立大学的机械工程课程。与当地制造商的合作伙伴关系将促进成果的广泛传播给工业部门。

项目成果

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