NAMRI/SME viert doorbraken in productieonderzoek op 45ste NAMRC-conferentie

Productie-academici werden geëerd voor hun dienst, bijdragen en uitstekend productieonderzoek tijdens de jaarlijkse North American Manufacturing Research Conference (NAMRC), gehouden door de North American Manufacturing Research Institution of SME (NAMRI/SME). Dit jaar was de 45ste jaarlijkse evenement gehost door de University of Southern California in Los Angeles.

Tijdens de jaarlijkse uitreikingsceremonie werden 21 prijzen uitgereikt aan onderzoekers, studenten en industrieprofessionals. NAMRC is het premier internationale forum voor toegepast onderzoek en industriële toepassingen in productie en ontwerp. NAMRI/SME brengt onderzoekers uit de hele wereld samen met als doel de wetenschappelijke fundering van discrete-onderdelenproductie te verbeteren.

"Productie is een industrie van uitzonderlijke kansen, gedreven door onderzoek dat de grenzen van wat mogelijk is verplaatst," zei NAMRI/SME-voorzitter Dean Bartles, PhD, FSME. "Degene die vandaag geëerd worden, drijven dat onderzoek en onze industrie op manieren vooruit die een verschil zullen maken voor decennia."

De 2017 NAMRI/SME-prijswinnaars omvatten:

• NAMRI/SME S.M. Wu Research Implementation Award, Ajay Malshe, PhD, University of Arkansas/NanoMech Inc., Springdale, Arkansas.
• NAMRI/SME Outstanding Lifetime Service Award, Neil Duffie, PhD, FSME, CMfgE, PE, University of Wisconsin, Madison, Wisconsin.

De NAMRI/SME Outstanding Paper Award werd toegekend voor drie papers:

• "Adaptive Learning Control for Thermal Error Compensation of 5-Axis Machine Tools,"
• "A Virtual Sensing Based Augmented Particle Filter for Tool Condition Prognosis,"
• "Highly Removable Water Support for Stereolithography."

De inaugurele NAMRI/SME David Dornfeld Manufacturing Vision Award en Blue Sky Competition, gefinancierd door de National Science Foundation, werd ook toegekend op NAMRC dit jaar. De David Dornfeld Manufacturing Vision Award is bedoeld om werkelijk visionaire concepten van onderzoek en onderwijs aan te moedigen en wordt toegekend aan de toppresentatie zoals bepaald door de programmecommissie.

"Productie staat voor meer dan driekwart van alle privé-onderzoek en -ontwikkeling in de VS," zei Scott Smith, PhD, FSME, professor aan de University of North Carolina-Charlotte en een voorgaand voorzitter van NAMRI/SME. "Deze competitie zoekt de radicaal, uitdagende [ideeën] die de grenzen van wat de toekomst van productie mag zijn, verleggen."

Gefinancierd door de National Science Foundation, waren abstracten voor de inaugurele competitie onderdeel van een speciale "Blue Sky Ideas"-track op de conferentie. Inzendingen werden beoordeeld door een commissie op basis van hoe ze bestaande aannames uitdagen en in hoeverre ze de mogelijkheden en horizon van het veld uitbreiden.

De inaugurele NAMRI/SME Dornfeld Manufacturing Vision Award is vernoemd naar de overleden professor van de University of California at Berkeley, die beschouwd werd als een wereldwijde leider in duurzame productie en slimme productie, en de prijs erkent uitzicht en leiderschap binnen de productiegemeenschap. "We zijn geëerd om Professor Dornfeld te erkennen, een fellow en voorgaand directeur van SME, alsook een oprichter van NAMRC, voor zijn bijdragen aan de productie," zei Smith. "Zijn nalatenschap zal voortleven in de toekomstige pioniers van de industrie en de toewijding die ze maken om onze industrie vooruit te gangen."

De prijs werd toegekend aan Tony Schmitz, PhD, FSME, University of North Carolina at Charlotte, voor zijn presentatie, "Biomemetic Manufacturing." Next-generation productie-innovatie zal deels mogelijk worden door biologische systemen in productieomgevingen na te bootsen. In zijn presentatie schetste Schmitz nieuw onderzoek in het biomimetische productiegebied.

Don Lucca, PhD, FSME, CMfgE, regents professor en Herrington chair in advanced materials aan Oklahoma State University, presenteerde de NAMRI/SME Founders Lecture, getiteld "On the Path to Ultraprecision Machining."

De NAMRC 46 zal gehouden worden 18-22 juni 2018, aan Texas A&M University in College Station, Texas.

Lasertechniek maakt grafene uit hout

Een team wetenschappers aan Rice University (Houston) heeft hout omgezet in een elektrische geleider door het oppervlak om te zetten in grafene.

Het onderzoeksploeg, geleid door Rice-chemicus James Tour, gebruikte een laser om een dun filmpatroon op een blok dennenhout te zwarten. Het patroon is laser-geïnduceerde grafene (LIG), een vorm van het atoomdunne koolstofmateriaal ontdekt bij Rice in 2014.

"Het is een vereniging van het archaïsche met het nieuwste nanomateriaal in een enkele composietstructuur," zei Tour in een verklaring. Het materiaal kan worden gebruikt voor biologisch afbreekbare elektronica. De ontdekking is deze maand gedetailleerd in Advanced Materials, zie de webpagina https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702211/full. Eerdere iteraties van LIG werden gemaakt door een vel polyimide, een goedkope kunststof, met een laser te verwarmen. In plaats van een vlak vel van hexagonale koolstofatomen, is LIG een schuim van grafene-vellen met een rand bevestigd aan het onderliggende oppervlak en chemisch actieve randen blootgesteld aan de lucht.

Niet elke polyimide zou LIG produceren, zei Tour. Het onderzoeksploeg, geleid door Rice-graduatestudenten Ruquan Ye en Yieu Chyan, probeerde berk en eik, maar vonden dat dennenhout's gekruiste lignocellulose-structuur het beter maakte voor productie van hoogwaardige grafene dan hout met een lagere lignine-inhoud. Lignine is het complexe organische polymere dat starre celwanden in hout vormt.

Ye zei dat het omzetten van hout in grafene nieuwe avenues opent voor de synthese van LIG van niet-polyimide materialen. "Voor sommige toepassingen, zoals driedimensionale grafene-printen, is polyimide misschien geen ideaal substraat," zei hij. "Daarnaast is hout rijk en hernieuwbaar."

Net als met polyimide, vindt het proces plaats met een standaard industriële laser bij kamertemperatuur en -druk en in een inerte argon- of waterstofatmosfeer. Zonder zuurstof, brandt de hitte van de laser het dennenhout niet maar transformeert het oppervlak in gerimpelde vlammen van grafene die schuim-gebonden zijn aan het houtoppervlak. Het veranderen van de laservermogen veranderde ook de chemische samenstelling en thermische stabiliteit van de resulterende LIG. Op 70% vermogen produceerde de laser de hoogste kwaliteit "P-LIG," waar de P staat voor "pine."

Het lab nam zijn ontdekking een stap verder door P-LIG om te zetten in elektroden voor het splitsen van water in waterstof en zuurstof en supercondensatoren voor energielopslag. Voor de eerste, legden ze lagen kobalt en fosfor of nikkel en ijzer op P-LIG om een paar electrocatalysatoren met grote oppervlaktes te maken die duurzaam en effectief bleken.

Het depositieren van polyaniline op P-LIG veranderde het in een energielopslag-supercondensator die bruikbare prestatiemetrieken had, volgens Tour. "Er zijn meer toepassingen om te verkennen," zei Ye. "Bijvoorbeeld, we kunnen P-LIG gebruiken in de integratie van zonne-energie voor fotosynthese. We geloven dat deze ontdekking wetenschappers zal inspireren om na te denken over hoe we natuurlijke hulpbronnen kunnen engineeren in beter functionerende materialen." Het proces zou ook biologisch afbreekbare elektronica creëren.

De co-auteurs van het papier zijn Rice-graduatestudenten Jibo Zhang en Yilun Li; Xiao Han, die een complimentaire afspraak heeft bij Rice en een graduate student is aan Beihang University, Peking, China; en Rice-onderzoekswetenschapper Carter Kittrell. Tour is de T.T. en W.F. Chao Chair in Chemistry alsook een professor in computer science en materials science and nanoengineering aan Rice.

Het Air Force Office of Scientific Research Multidisciplinary University Research Initiative en het NSF Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment ondersteunden het onderzoek.

Nieuwe nanomaterialen kunnen toekomstige elektronische apparaten bouwen

Onderzoekers aan de University of Chicago en Argonne National Laboratory hebben een nieuwe methode bedacht om nanomaterialen te patroneren die kan helpen nieuwe elektronische apparaten te creëren.

Dit onderzoek, gepubliceerd in Science (zie https://science.sciencemag.org/content/357/6349/385), kan leiden tot wetenschappers die deze materialen makkelijker beschikbaar maken voor gebruik in alles van LED-displays tot mobiele telefoons en fotodetectoren en zonnecellen. Terwijl nanomateriales belovend zijn voor toekomstige apparaten, zijn de methoden om ze in complexe structuren te bouwen tot nu toe beperkt en op kleine schaal geweest.

"Dit is een stap die nodig is om quantum dots en veel andere nanomaterialen van proof-of-concept experimenten naar echte technologie te brengen die we kunnen gebruiken," zei co-auteur Dmitri Talapin, professor chemie aan de University of Chicago en een wetenschapper bij het Center for Nanoscale Materials bij Argonne, in een verklaring. "Het verbredt echt onze horizonnen."

Transistoren, de fundament van moderne computing, zijn extreem kleine schakelaars die door de miljarden gemaakt worden via een proces genaamd fotolithografie. Het proces, dat smartphones alomtegenwoordig en goedkoop gemaakt heeft, creëert een schabloon uit een laag van het organische polymere door een gepatroneerde "masker" neer te leggen, en het te verlichten met ultraviolett licht. Na het neerleggen van het nieuwe materiaal bovenaan, wordt de polymere schabloon afgetild om het patroon te onthullen. Verschillende ronden van dergelijke patronering bouwen een miniatuurtransistor op het materiaal.

Fotolithografie heeft zijn beperkingen. Alleen een paar materialen kunnen op deze manier gepatroneerd worden. De methode was oorspronkelijk ontwikkeld voor silicium, maar naarmate silicium's half-eeuwse heerschappij over elektronica zijn einde nadert, kijken wetenschappers vooruit naar de volgende materialen. Een dergelijke avenue van interesse is nanomaterialen – kleine kristallen van metalen of halfgeleiders. Op deze schaal kunnen ze unieke en nuttige eigenschappen hebben, maar het fabriceren van apparaten uit ze is moeilijk geweest.

Een nieuwe techniek, genaamd DOLFIN, maakt verschillende nanomaterialen direct in "inkt" in een proces dat de noodzaak om een polymere schabloon neer te leggen omzeilt. Talapin en zijn team ontwierpen chemische coatingen voor individuele deeltjes. Deze coatingen reageren op licht, dus als je licht schijnt door een gepatroneerd masker, zal het licht het patroon direct overdragen in de laag van nanoparticles eronder – ze bedraden in nuttige apparaten.

"We vonden dat de kwaliteit van de patronen vergelijkbaar was met die gemaakt met state-of-the-art technieken," zei hoofdauteur Yuanyuan Wang, een postdoc-onderzoeker aan de University of Chicago. "Het kan gebruikt worden met een breed bereik aan materialen, inclusief halfgeleiders, metalen, oxiden of magnetische materialen – allen gemeenschappelijk gebruikt in elektronicafabricage."

Het onderzoeksploeg werkt aan de commercialisering van de DOLFIN-technologie met het Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation van de University of Chicago.

Tech Front is bewerkt door Senior Editor Patrick Waurzyniak; pwaurzyniak@sme.org.