Notre principal intérêt est de fabriquer des échangeurs de chaleur en soudant ensemble des couches de polymères bon marché. Cela est contre-intuitif, mais nos derniers résultats théoriques et nos premiers résultats expérimentaux montrent que ce type d’échangeur de chaleur peut être très efficace et ridiculement bon marché. Voir : échangeurs de chaleur à microcanaux étendus pour notre dernier article. Ces échangeurs de chaleur peuvent être utilisés pour toutes sortes d'applications d'efficacité énergétique, y compris notre travail de fabrication de systèmes de pasteurisation de l'eau à énergie solaire . Si nous parvenons à mettre en place un système qui fonctionne, il constituera une méthode extrêmement peu coûteuse de pasteurisation de l’eau à l’échelle familiale ou domestique.
Si vous utilisez le système pour d'autres applications, veuillez nous en informer. Bonne réalisation !
Liste des pièces mécaniques
- Nous avons monté l'ensemble du système dans un classeur à double tiroirs que nous avons creusé, mis un interrupteur de sécurité pour le laser et de nouveaux tiroirs avec fermetures magnétiques. Un trou a été percé dans la partie supérieure pour le passage des fils et du laser à fibre.
- Nous avons prolongé les pieds au-delà d'un fond carré pour permettre aux rails de l'armoire de rester intacts, comme le montre la photo.
- Nous avons ajouté une deuxième couche de substrat qui glisse, composée d'un substrat en métal (Al) et d'une plaque de recouvrement inférieure en verre de fer (voir à nouveau les détails à droite). Une source de verre à haute transmissivité : SGG DIAMAN - Famille de produits Saint-Gobain Glass Vision - Verre extra clair à faible teneur en fer.
- Nous avons ajouté de nouvelles pièces imprimées en 3D pour coupler un laser à fibre à la plate-forme. Dans notre cas, il pend juste au-dessus du verre avec une lentille positionnée de manière à ce que le point focal soit juste sous le verre.
Pièces imprimées
- Suivez les directives de http://www.thingverse.com/thing:11653 et imprimez les composants.
- De plus, vous avez besoin des composants spécialisés ici si vous souhaitez reproduire notre configuration laser : http://www.thingverse.com/thing:28078
Pièces Misumi
Stockdrive
| Description de la pièce | Numéro d'article | Lien |
|---|---|---|
| Poulie de distribution en polycarbonate à 18 dents | Un 6T16M018DF6005 | https://sdp-si.com/eStore/PartDetail.asp?Opener=Group&PartID=42977&GroupID=347 |
| Courroie de poulie dentée en néoprène renforcé de fibre de verre | Un 6Z16MB89060 | https://sdp-si.com/eStore/PartDetail.asp?Opener=Group&PartID=70713&GroupID=342 |
Électronique
Parties éléctroniques
- Arduino MEGA 2650 - https://www.sparkfun.com/products/11061
- Adafruit Motroshield - http://adafruit.com/products/81
- 6x pilote de moteur à pont en H SN754410 - https://www.sparkfun.com/products/315
- 2x dissipateur thermique Aavid http://www.alliedelec.com/search/productdetail.aspx?SKU=70115208
- 2x moteur pas à pas Adafruit - https://www.adafruit.com/products/324
- 2x Opto Endstop - http://web.archive.org/web/20130124025709/http://store.makerbot.com:80/electronics/electronics-kits/optical-endstop-v2-1-kit.html
- Alimentation en 5 et 12 V (par exemple alimentation d'ordinateur usagée)
- 2x (ou plus) ventilateurs d'ordinateur 12 V
- Puce MAX3323 (ou similaire) - http://www.digikey.com/product-detail/en/MAX3323EEPE%2B/MAX3323EEPE%2B-ND/1701884
- 4x condensateurs 1uf
- Câble femelle pour planche à pain série
- Brancher le fil
- Laser à fibre. Pour les détails sur notre laser voir : Protocole de soudage laser : MOST
- Laser à diodes couplées à fibre JDSU L4-9897510-100M - http://web.archive.org/web/20150506125656/http://www.jdsu.com:80/en-us/Lasers/Products/AZ-Product- Liste/Pages/diode-laser-9xx-nm-fiber-coupled-10w-6398-l4-series.aspx
- Support Laser 264
- TECSource 5305
- Source Laser 4320
- Micrologiciel : https://sourceforge.net/projects/lasersystemforp/
- Pour la description du logiciel, voir : Protocole de soudage laser : MOST
Construction électronique et configuration de la communication
- Câblage de l'électronique
Schéma du circuit électronique
Retirez le cavalier d'alimentation ! Arduino et blindage moteur.
12V et GND
Connexions des butées opto
Définir une limite avec une butée
Affectation des broches du MAXIM 3323E
Disposition de la planche à pain avec puce MAXIM
Vue avant du câble femelle DB9
Affectation des broches du câble femelle DB9
- Le cavalier proche de la broche GND doit être retiré , sinon l'Arduino sera endommagé !
- Connectez le câble 12 V à la broche M+ et la masse à la broche GND du MotorShield.
- Si vous utilisez des moteurs pas à pas Adafruit, connectez les fils dans l'ordre : de M1 à M2, marron, vert, sauter la broche Gnd, jaune et rouge. De M4 à M3 marron, vert, sauter la broche Gnd, jaune et rouge.
- Connectez les butées optiques comme indiqué.
- Fixez les butées de manière à ce que le chariot laser atteigne le coin inférieur gauche du mécanisme.
- Connectez la broche 1 du MAX3323E à un condensateur de 1 µF, un condensateur de 1 µF entre 1 et 3, un autre entre 4 et 5 et le dernier condensateur de 1 µF à la broche 6, comme indiqué sur la figure. Les broches 7 et 8 vont aux broches 3 et 4 du câble DB9, les broches 11,12,13,14 et 16 à 5V et la broche 15 à la masse. Broche 9 à la broche 19 de l'Arduino et broche 10 à la broche 18 de l'Arduino. Mettez les condensateurs à la terre comme indiqué. Si vous utilisez des condensateurs polarisés, assurez-vous de connecter les côtés négatifs à la terre pour les condensateurs des broches 1 et 6 du MAX3323E, la broche 3 pour le condensateur entre 1 et 3 et broche 5 pour condensateur entre 4 et 5.
- Connectez les broches 1 du DB9 à la masse, les broches 2 et 5 à la broche 9, la broche 3 à la broche 7 du MAX3323, la broche 4 à la broche 8 du MAX3323 et la broche 7 à la broche 8.
- Téléchargez le firmware sur Arduino à l'aide du logiciel adruino ( http://www.arduino.cc/ ).
- Connectez le câble DB9 à l'entrée RS232 du LaserSource 4320
Remarque : selon que vous utilisez différents moteurs pas à pas ou si votre système nécessite plus de couple de la part des moteurs, cela nécessitera que plus de courant soit fourni par les pilotes de moteur. Le remplacement des pilotes de moteur Adafruit d'origine par un pilote de moteur SN754410 H-Bridge augmentera le courant de 0,6 A à 1 A. Dans les cas où un couple important est requis, les pilotes peuvent être empilés en soudant les mêmes broches ensemble. Assurez-vous d'utiliser un dissipateur thermique (Aavid Heat Sink) et une pâte thermique pour faciliter le transfert de chaleur, sinon le pilote surchauffera. Un ventilateur de refroidissement est fortement recommandé. ATTENTION : Il ne s'agit pas de la meilleure méthode pour augmenter le courant et des précautions appropriées doivent être prises pour réduire les défaillances thermiques.
Pile de puces de pilote de moteur
Sécurité
Le Laser est composé de trois appareils principaux : LaserMount 264, TECSource 5300 et LaserSource 4320. Le LaserMount 264 est un ensemble qui intègre un refroidisseur Peltier pour un contrôle précis de la température et le laser lui-même. TECSource 5300 est un contrôleur de température qui doit être fixé au LaserMount. LaserSource 4320 est un pilote de diode laser, il contrôle le comportement du laser tel que la tension, le courant, les cycles de service PWM et
Contrôle marche/arrêt.
L'installation du LaserSource et du TECSource est très simple. Après avoir déballé les unités, assurez-vous que tous les matériaux d'emballage ont été retirés et que rien n'obscurcit les ports de ventilation sur le côté et à l'avant des unités.
Modifiez la sélection de tension à la valeur appropriée et assurez-vous que les deux appareils sont correctement mis à la terre.
Les appareils ont des trous d'aération sur le côté et à l'avant, ne bloquez pas ces trous d'aération, sinon une surchauffe pourrait se produire, endommageant l'appareil.
Connectez correctement les câbles du TECSource et du LaserSource étiquetés LASER et TEC au LaserMount.
Pour mettre l'appareil sous tension, connectez le cordon d'alimentation secteur à l'appareil, tournez l'interrupteur d'alimentation, situé sur le panneau avant, sur la position marche (I). L'unité affichera le modèle, le numéro de série et la version du micrologiciel, effectuera un auto-test de mise sous tension rapide et reviendra au dernier état de fonctionnement connu.
Afin d'atteindre le plus haut niveau de précision, le TECSource doit être allumé pendant au moins une heure avant de prendre des mesures.
Une fois les appareils sous tension, il est nécessaire d'activer le contrôle du ventilateur externe dans les options du menu TECSource. Assurez-vous que la limite de courant du contrôleur de température est réglée sur une valeur maximale de 7,4 A.
Précautions générales de base :
Le LSO sera informé de l'achat de tout laser, quelle que soit sa classe. Une telle notification doit inclure la classification, le support, la puissance de sortie ou l'énergie d'impulsion, la longueur d'onde, le taux de répétition (le cas échéant), les accessoires spéciaux (doubleurs de fréquence... etc.), la taille du faisceau à l'ouverture du laser, la divergence du faisceau et les utilisateurs.
Aucune tentative ne doit être faite pour placer un objet brillant ou brillant dans le faisceau laser autre que celui pour lequel l'équipement est spécifiquement conçu.
Les dispositifs de protection oculaire conçus pour protéger contre les rayonnements d'un système laser spécifique doivent être utilisés lorsque les contrôles techniques sont inadéquats pour éliminer la possibilité d'une exposition oculaire potentiellement dangereuse (c'est-à-dire chaque fois que les niveaux d'émission accessibles dépassent les niveaux MPE appropriés.) Ceci s'applique généralement. uniquement aux lasers de classe IIIB et de classe IV. Toutes les lunettes de protection laser doivent être clairement étiquetées avec les valeurs de densité optique et les longueurs d'onde pour lesquelles la protection est accordée.
La protection de la peau peut être mieux obtenue grâce à des contrôles techniques. S'il existe un risque d'exposition cutanée nocive, en particulier pour les lasers ultraviolets (200 à 400 nm), des couvertures cutanées et/ou des crèmes « écran solaire » sont recommandées.
MAINS – La plupart des gants offrent une certaine protection contre le rayonnement laser. Les tissus étroitement tissés et les gants opaques offrent la meilleure protection.
BRAS - Une veste ou un manteau de laboratoire peut protéger les bras. Pour les lasers de classe IV, il convient de prendre en compte les matériaux ignifuges.
Exigences théoriques en matière de puissance laser
| Matériel | Taille du point (mm) | Puissance laser (W) |
|---|---|---|
| Polymère | 1 | 10 |
| Polymère | 0.3 | 1 |
| Polymère | 0.1 | 0.1 |
| Al | 1 | 1000 |
| Al | 0.3 | 100 |
| Al | 0.1 | 10 |
Si le matériau est une pellicule plastique ou une feuille d’aluminium d’épaisseur, la puissance requise est environ trois fois plus élevée. Donc, fondamentalement, être capable de focaliser le faisceau peut non seulement vous donner des canaux plus petits, mais cela réduit également la puissance laser requise.
Voir également
- Protocole de soudage laser : LE PLUS
- Système de soudage laser polymère open source : conception et caractérisation de soudures multicouches linéaires en polyéthylène basse densité
- Échangeur de chaleur à microcanaux élargi
- Échangeur de chaleur à microcanaux élargis : évaluation non destructive
- Modèle d’échangeur de chaleur par différences finies : mauvaise répartition du débit avec couplage thermique
- Optimisation de la conception d'un échangeur de chaleur en polymère pour un pasteurisateur d'eau solaire automatisé à l'échelle domestique
- projet de découpe laser open source
- Revue de la littérature sur les soudeurs de polymères open source
- Échangeur de chaleur à microcanaux étendu : modélisation par différences finies
- Zhang C, Anzalone NC, Faria RP, Pearce JM (2013) Équipement optique imprimable en 3D open source . PLoS UN 8(3) : e59840. est ce que je:10.1371/journal.pone.0059840 accès libre