Fuel 3D 扫描仪


Fuel3D公司获110万美元合同,以开发3D扫描医疗成像系统

从英国牛津大学脱颖而出,专注于 3D 扫描技术商业化的创业公司Fuel3D,已获得来自 SBRI Healthcare 价值 110 万美元的 3D 医疗成像系统开发合同。Fuel 3D 公司将基于其 Eykona 扫描技术开发一系列的医疗应用用于英国国家医疗服务体系与国际医疗保健市场。

据悉,SBRI Healthcare 是 NHS(英国国家医疗服务体系)发起的一个项目,旨在促进英国经济增长,同时解决未满足的医疗需求,扶持优秀的创新技术。同时,这并不是 Fuel3D 第一次获得该项目的资金:早在 2012 年,该公司就已经接受过 SBRI Healthcare 的资金,以研究患者伤口的 3D 成像技术。

去年,Fuel 3D曾经在众筹平台Kickstarter上,凭借一款经济实惠的高清晰度手持式 3D 扫描仪成功募得 32.5 万美金。今年早些时候,该公司宣布获得了由 Chimera Partners 领投,金额达 160 万英镑(合 260 万美元)的投资。 正因为这些引人注目的举动,该公司也已开始考虑在 2015 年进行 IPO 的可能性。

Fuel 3D 扫描仪就像普通相机一样,只需对准目标,按下快门,Fuel3D 就能在数秒内帮你抓取 3D 模型。在扫描完成之后,Fuel3D 扫描仪上的图像源数据会被软件转换成高保真的 3D 彩色几何数据(此软件已经包含在 Fuel3D 扫描仪套装中)。生成的 3D 彩色数据让用户能从各个角度查看和编辑,并能输出支持 3D 打印或者其他屏幕操作的 3D 文件格式。这台扫描仪的套装预售价格为 1450 美元,并打算于今年十月正式出货。

Fuel 3D 公司 CEO Stuart Mead 说道:“我们的核心技术在最初开发时就考虑到要用于医疗成像,所以我们很高兴能使 Eykona 扫描技术在医疗保健领域发挥作用。 同时,该合同的执行将与 3D 扫描仪的生产计划保持平行,互不干扰。我们也期待着在几周后,将第一批 Fuel 3D 扫描仪送到Kickstarter上的早期支持者们手中。”

### COMSOL模拟Zn-MnO₂电池充电过程的详细步骤 针对您的问题:**恒压3V充电,0-3600s内碳毡正极的电流和电场变化模拟**,以下是具体操作流程。**可以仅模拟正极区域**,但需合理设置边界条件以反映全电池行为,具体方法见步骤4。 --- ### 一、模型构建核心设置 #### 1. **物理场接口选择** - **主接口**:`Battery and Fuel Cell Module → Secondary Current Distribution` (控制方程:$\nabla \cdot (\sigma \nabla \phi) = 0$) - **辅助接口**: - `Electrode Reaction` 定义碳毡上的Mn²⁺/MnO₂氧化还原反应 - `Transport of Diluted Species` 模拟H⁺、Mn²⁺、SO₄²⁻离子浓度变化 - **多物理场耦合**:自动关联电极反应与离子传输。 #### 2. **材料属性设置** | 组分 | 属性 | 值(示例) | 单位 | |------------|-----------------------|--------------------------|------------| | **碳毡电极** | 电导率 $\sigma_s$ | 100 (各向异性需张量输入) | S/m | | **正极电解液** | 电导率 $\sigma_e$ | 0.8 (3M H₂SO₄+1M MnSO₄) | S/m | | | H⁺扩散系数 | $9.31 \times 10^{-9}$ | m²/s | | | Mn²⁺扩散系数 | $5.0 \times 10^{-10}$ | m²/s | | **反应参数** | 交换电流密度 $j_0$ | $10^{-4}$ (需实验校准) | A/m² | | | 平衡电势 $E_{eq}$ | 1.5 (vs. Zn) | V | #### 3. **几何建模简化建议** ```plaintext [正极简化模型示意图] |-----------------------| | 铜集流体 (边界条件) | ← 恒压3V |-----------------------| | 碳毡电极 (多孔介质) | ← 关注区域 |-----------------------| | 电解液域 (3M H₂SO₄) | ← 离子传输 |-----------------------| | 简化对电极 (边界条件) | ← 接地/电流汇 ``` - **仅模拟正极的关键**:将锌负极简化为边界条件(见步骤4)。 --- ### 二、分步操作流程 #### 步骤1:定义电极反应(碳毡表面) - **边界条件**:选择碳毡-电解液界面 → 添加 `Electrode Reaction` - **反应方程式**: $$ \text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2e^- \rightleftharpoons \text{Mn}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O} $$ - **动力学**:Butler-Volmer方程 $$ j = j_0 \left[ \exp\left(\frac{\alpha_a F \eta}{RT}\right) - \exp\left(-\frac{\alpha_c F \eta}{RT}\right) \right] $$ - 过电势 $\eta = \phi_s - \phi_e - E_{eq}$ - 设置 $\alpha_a = \alpha_c = 0.5$, $T=298\ \text{K}$ #### 步骤2:施加恒压充电条件 - **边界1**(集流体):`Electric Potential` → 输入 $V = 3\ \text{V}$ - **边界2**(简化对电极):`Ground`(电势0 V)或 `Current Conservation` *(此边界代表锌负极,实现电路闭合)* #### 步骤3:瞬态求解器配置 ```plaintext Study → Time Dependent Time Range: 0 to 3600 [s] Step: 0.1 (初始), 60 (最大) Solver: BDF (隐式求解刚性系统) ``` #### 步骤4:仅模拟正极的验证方法 - **可行性**:是,但需满足两个条件: 1. 在电解液域底部添加 **“Counter Electrode”** 边界,类型选 `Current Conservation` (模拟负极的电流汇作用) 2. 通过 **外部电路模块** 添加虚拟电阻 $R_{\text{ext}}$ 补偿负极压降。 - **误差控制**:对比全电池模型,电压偏差需 <5%。 #### 步骤5:后处理获取结果 - **碳毡表面电流密度**: ```plaintext 派生值 → 表面积分 → 变量: ec.nJ (法向电流密度) 时间序列: 0, 600, 1800, 3600 s ``` - **电场分布动画**: ```plaintext 结果 → 三维绘图 → 表达式: solid.normE (电极电场模) 导出: 时间动画 (0-3600s) ``` --- ### 三、关键注意事项 1. **参数校准**: - 交换电流密度 $j_0$ 需通过实验EIS数据拟合。 - 碳毡孔隙率(默认0.7)影响有效电导率,需MicroCT验证。 2. **常见误差来源**: - ❌ 忽略浓度极化 → 添加 `Transport of Diluted Species` 接口 - ❌ 网格未加密 → 在电极-电解液界面设置边界层网格(厚度≈0.1 μm) - ❌ 单位不一致 → 统一用SI单位(m, s, A, V) 3. **计算加速技巧**: - 使用 `Symmetric Model` 简化几何(轴对称/周期对称) - 初始值:先求解稳态,再作为瞬态初始条件。 --- ### 四、结果应用:优化电池循环寿命 通过模拟可发现: - **高电场区** → 枝晶生长风险点 → 调整碳毡孔隙分布 - **电流热点** → 局部过充 → 优化集流体设计 - **浓度梯度** → 添加流场板改善电解液流动 > 示例结果:恒压3V充电时碳毡电流密度分布 > ![电流分布图](https://comsol.com/blogs/wp-content/uploads/2019/07/battery-modeling-current-distribution.png) ---修改上面的内容,只需要考虑充电过程中的正极材料和整个正极在0-3600s的电流密度大小和电场分布的模拟即可。
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