NAMRI/SME célèbre les percées de la recherche en fabrication à la 45e conférence annuelle NAMRC

NAMRI/SME célèbre les percées de la recherche en fabrication à la 45e conférence annuelle NAMRC

Des universitaires de la fabrication ont été honorés pour leur service, leurs contributions et leur recherche exceptionnelle en fabrication lors de la conférence annuelle North American Manufacturing Research Conference (NAMRC), organisée par l'institution de recherche en fabrication nord-américaine de SME (NAMRI/SME). L'événement annuel 45e de cette année était organisé par l'Université de Californie du Sud à Los Angeles.

Lors de la cérémonie annuelle de remise des prix, 21 prix ont été décernés à des chercheurs, étudiants et professionnels de l'industrie. NAMRC est le principal forum international pour la recherche appliquée et les applications industrielles en fabrication et conception. NAMRI/SME rassemble des chercheurs du monde entier dans le but de faire progresser les fondements scientifiques de la fabrication de pièces discrètes.

« La fabrication est une industrie d'opportunités exceptionnelles, pilotée par la recherche qui repousse les limites du possible », a déclaré le président de NAMRI/SME, Dean Bartles, PhD, FSME. « Ceux qui sont reconnus aujourd'hui font avancer cette recherche et notre industrie de manière à faire une différence pour des décennies. »

Les lauréats des prix NAMRI/SME 2017 incluent :

• Prix de mise en œuvre de la recherche S.M. Wu de NAMRI/SME, Ajay Malshe, PhD, Université de l'Arkansas/NanoMech Inc., Springdale, Arkansas.
• Prix de service à vie exceptionnel de NAMRI/SME, Neil Duffie, PhD, FSME, CMfgE, PE, Université du Wisconsin, Madison, Wisconsin.

Le prix du meilleur article NAMRI/SME a été décerné pour trois articles :

• « Contrôle d'apprentissage adaptatif pour la compensation d'erreur thermique des machines-outils 5 axes »
• « Un filtre de particules augmenté basé sur la détection virtuelle pour le pronostic de l'état d'outil »
• « Support aqueux hautement amovible pour la stéréolithographie »

Le premier prix NAMRI/SME David Dornfeld Manufacturing Vision Award et la compétition Blue Sky, financés par la National Science Foundation, ont également été décernés à la NAMRC cette année. Le prix David Dornfeld Manufacturing Vision Award vise à encourager des concepts véritablement visionnaires de recherche et d'éducation et est décerné à la meilleure présentation déterminée par le comité de programme.

« La fabrication représente plus des trois quarts de toute la recherche et développement privée aux États-Unis », a déclaré Scott Smith, PhD, FSME, professeur à l'Université de Caroline du Nord-Charlotte et ancien président de NAMRI/SME. « Cette compétition recherche les idées radicales, stimulantes, qui repoussent les limites de ce que l'avenir de la fabrication peut être. »

Financés par la National Science Foundation, les résumés pour la compétition inaugurale faisaient partie d'une piste spéciale « Blue Sky Ideas » à la conférence. Les soumissions ont été jugées par un comité basé sur la façon dont elles remettent en question les hypothèses existantes et dans quelle mesure elles élargissent les possibilités et les horizons du domaine.

Le premier prix NAMRI/SME Dornfeld Manufacturing Vision Award porte le nom du regretté professeur de l'Université de Californie à Berkeley, considéré comme un leader mondial de la fabrication durable et de la fabrication intelligente, et le prix reconnaît une vision et un leadership exceptionnels au sein de la communauté de la fabrication. « Nous sommes honorés de reconnaître le professeur Dornfeld, fellow et ancien directeur de SME, ainsi que fondateur de NAMRC, pour ses contributions à la fabrication », a dit Smith. « Son héritage vivra dans les futurs pionniers de l'industrie et l'engagement qu'ils prennent à faire progresser notre industrie. »

Le prix a été décerné à Tony Schmitz, PhD, FSME, Université de Caroline du Nord à Charlotte, pour sa présentation, « Fabrication biomimétique ». L'innovation de fabrication de prochaine génération sera rendue possible, en partie, en imitant les systèmes biologiques dans les environnements de production. Dans sa présentation, Schmitz a exposé de nouvelles recherches dans le domaine de la fabrication biomimétique.

Don Lucca, PhD, FSME, CMfgE, professeur régent et titulaire de la chaire Herrington en matériaux avancés à l'Université d'État d'Oklahoma, a présenté la conférence des fondateurs de NAMRI/SME, intitulée « Sur la voie de l'usinage de haute précision ».

La NAMRC 46 se tiendra du 18 au 22 juin 2018, à l'Université Texas A&M à College Station, Texas.

Technique laser produit du graphène à partir de bois

Une équipe de scientifiques de l'Université Rice (Houston) a transformé du bois en conducteur électrique en transformant sa surface en graphène.

L'équipe de recherche, dirigée par le chimiste de Rice James Tour, a utilisé un laser pour noircir un motif de film mince sur un bloc de pin. Le motif est du graphène induit par laser (LIG), une forme du matériau de carbone monoatomique découvert à Rice en 2014.

« C'est une union de l'archaïque avec le nouveau nanomatériau dans une structure composite unique », a déclaré Tour dans un communiqué. Le matériau pourrait être utilisé pour l'électronique biodégradable. La découverte est détaillée ce mois-ci dans Advanced Materials, voir la page web https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702211/full. Les itérations précédentes de LIG étaient faites en chauffant une feuille de polyimide, un plastique peu coûteux, avec un laser. Au lieu d'une feuille plate d'atomes de carbone hexagonaux, le LIG est une mousse de feuilles de graphène avec un bord attaché à la surface sous-jacente et des bords chimiquement actifs exposés à l'air.

N'importe quel polyimide ne produirait pas de LIG, a dit Tour. L'équipe de recherche, dirigée par les étudiants diplômés de Rice Ruquan Ye et Yieu Chyan, a essayé le bouleau et le chêne, mais a trouvé que la structure de lignocellulose croisée du pin le rendait meilleur pour la production de graphène de haute qualité que les bois avec une teneur en lignine plus faible. La lignine est le polymère organique complexe qui forme des parois cellulaires rigides dans le bois.

Ye a dit que transformer le bois en graphène ouvre de nouvelles voies pour la synthèse de LIG à partir de matériaux non polyimides. « Pour certaines applications, comme l'impression 3D de graphène, le polyimide peut ne pas être un substrat idéal », a-t-il dit. « En plus, le bois est abondant et renouvelable. »

Comme avec le polyimide, le processus se déroule avec un laser industriel standard à température et pression ambiantes et dans une atmosphère inerte d'argon ou d'hydrogène. Sans oxygène, la chaleur du laser ne brûle pas le pin mais transforme la surface en flocons de graphène ridés qui sont liés en mousse à la surface du bois. Changer la puissance du laser change aussi la composition chimique et la stabilité thermique du LIG résultant. À 70 % de puissance, le laser a produit la plus haute qualité de « P-LIG », où le P signifie « pin ».

Le laboratoire a poussé sa découverte plus loin en transformant le P-LIG en électrodes pour séparer l'eau en hydrogène et oxygène et en supercondensateurs pour le stockage d'énergie. Pour le premier, ils ont déposé des couches de cobalt et phosphore ou nickel et fer sur le P-LIG pour créer une paire d'électrocatalyseurs à grande surface qui se sont avérés durables et efficaces.

Le dépôt de polyaniline sur le P-LIG l'a transformé en supercondensateur stockant l'énergie avec des métriques de performance utilisables, selon Tour. « Il y a plus d'applications à explorer », a dit Ye. « Par exemple, nous pourrions utiliser le P-LIG dans l'intégration de l'énergie solaire pour la photosynthèse. Nous croyons que cette découverte inspirera les scientifiques à réfléchir à la façon dont nous pourrions concevoir des ressources naturelles en matériaux mieux fonctionnels. » Le processus créerait également de l'électronique biodégradable.

Les co-auteurs de l'article sont les étudiants diplômés de Rice Jibo Zhang et Yilun Li ; Xiao Han, qui a un rendez-vous complémentaire à Rice et est étudiant diplômé à l'Université Beihang, Pékin, Chine ; et le scientifique de recherche de Rice Carter Kittrell. Tour est la chaire T.T. et W.F. Chao en chimie ainsi que professeur d'informatique et de science des matériaux et nano-ingénierie à Rice.

Le Bureau de la recherche scientifique de l'Air Force, l'initiative de recherche universitaire multidisciplinaire et le centre de recherche en nanosystèmes d'ingénierie NSF pour le traitement de l'eau activé par la nanotechnologie ont soutenu la recherche.

De nouveaux nanomatériaux pourraient construire les futurs dispositifs électroniques

Des chercheurs de l'Université de Chicago et du Laboratoire national d'Argonne ont conçu une nouvelle méthode pour structurer des nanomatériaux qui pourrait aider à créer de nouveaux dispositifs électroniques.

Cette recherche, publiée dans Science (voir https://science.sciencemag.org/content/357/6349/385), pourrait amener les scientifiques à rendre ces matériaux plus facilement disponibles pour une utilisation dans tout, des affichages LED aux téléphones portables, photodétecteurs et cellules solaires. Bien que les nanomatériaux soient prometteurs pour les futurs dispositifs, les méthodes pour les construire en structures complexes ont été limitées et à petite échelle jusqu'à présent.

« C'est une étape nécessaire pour faire passer les points quantiques et de nombreux autres nanomatériaux d'expériences de preuve de concept à une vraie technologie que nous pouvons utiliser », a déclaré le co-auteur Dmitri Talapin, professeur de chimie à l'Université de Chicago et scientifique au Center for Nanoscale Materials d'Argonne, dans un communiqué. « Cela élargit vraiment nos horizons. »

Les transistors, la base de l'informatique moderne, sont des interrupteurs extrêmement petits fabriqués par milliards grâce à un processus appelé photolithographie. Le processus, qui a rendu les smartphones omniprésents et peu coûteux, crée un pochoir à partir d'une couche de polymère organique en déposant un « masque » structuré, et en l'illuminant avec de la lumière ultraviolette. Après le dépôt du nouveau matériau par-dessus, le pochoir polymère est retiré pour révéler le motif. Plusieurs tours de tel structurage construisent un transistor miniature sur le matériau.

La photolithographie a ses limites. Seuls quelques matériaux peuvent être structurés de cette façon. La méthode a été développée à l'origine pour le silicium, mais alors que le règne d'un demi-siècle du silicium sur l'électronique touche à sa fin, les scientifiques regardent vers les prochains matériaux. Une telle voie d'intérêt est les nanomatériaux – de minuscules cristaux de métaux ou semi-conducteurs. À cette échelle, ils peuvent avoir des propriétés uniques et utiles, mais la fabrication de dispositifs à partir d'eux a été difficile.

Une nouvelle technique, appelée DOLFIN, fabrique différents nanomatériaux directement en « encre » dans un processus qui contourne le besoin de déposer un pochoir polymère. Talapin et son équipe ont conçu des revêtements chimiques pour des particules individuelles. Ces revêtements réagissent à la lumière, donc si vous faites briller la lumière à travers un masque structuré, la lumière transférera le motif directement dans la couche de nanoparticules en dessous – les câblant en dispositifs utiles.

« Nous avons trouvé que la qualité des motifs était comparable à ceux faits avec des techniques de pointe », a déclaré l'auteur principal Yuanyuan Wang, chercheur postdoctoral à l'Université de Chicago. « Cela peut être utilisé avec une large gamme de matériaux, y compris les semi-conducteurs, métaux, oxydes ou matériaux magnétiques – tous couramment utilisés dans la fabrication électronique. »

L'équipe de recherche travaille sur la commercialisation de la technologie DOLFIN avec le Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation de l'Université de Chicago.

Tech Front est édité par le rédacteur en chef Patrick Waurzyniak ; pwaurzyniak@sme.org.