יישום של עיצוב היבטים בפיתוח מכונות העמסה Uniaxial
Summary
כאן אנו מציגים פרוטוקול לפתח מכונה טעינה uniaxial טהור. היבטים קריטיים עיצוב מועסקים כדי להבטיח תוצאות בדיקה לשחזור ומדויקים.
Abstract
מבחינת ומדויקים בדיקות מכניות, מכונות להפעיל את הרצף. ואילו פלטפורמות מסחריות מציעות דיוק מעולה, הם יכולים להיות שאבטחה, לעתים קרובות במחיר בטווח מחיר של 100,000 דולר – 200,000$. בקצה השני הם מכשירים ידניים עצמאי הזה לעיתים קרובות חוסר הדיר ודיוק (למשל, קראנק מכשיר ידני). עם זאת, אם שימוש אחד מסומן, זה יתר הנדסה עיצוב, מכונת משהו להרחיב יתר על המידה. למרות זאת, ישנם מקרים בו מכונות מתוכננים ובנויים בתוך הארגון לבצע תנועה לא ניתן להשגה באמצעות המכונות הקיימים במעבדה. מתוארות בפרוטרוט כאן הוא התקן אחד כזה. זוהי פלטפורמה טעינה המאפשרת טעינה uniaxial טהור. מכונות העמסה רגיל בדרך כלל הם biaxial טעינה ליניארי מתרחשת לאורך הציר כולל טעינת רוטרי מתרחשת על הציר. במהלך הבדיקה עם המכונות האלה, עומס מוחל על קצה אחד של הדגימה, בעוד הצד השני נשאר קבוע. מערכות אלו אינם מסוגלים עורכים בדיקות צירית טהור שבו המתח/דחיסה מוחל באופן שווה בקצוות הדגימה. פלטפורמת פיתחה נייר זה מאפשר את השוויון ואת ההיפך טעינה של דגימות. בזמן זה יכול לשמש עבור דחיסה, כאן המוקד על השימוש בו טהור מתיחה בטעינה. המכשיר משלב טען מסחרי תאים ומפעילים אלקטר (הובלות), כפי שקורה עם מכונות בתוך הארגון, מסגרת הוא במכונה כדי להחזיק את החלקים מסחרי ואביזרי לבדיקה.
Introduction
בדיקות מכניות יש היסטוריה של מעניין זה יכול להיות נעוצים קשיות בדיקות ציוד שפותחה על ידי סטנלי רוקוול בתחילת המאה ה-20. בעוד הטכנולוגיה גדלה כך נהלים סטנדרטיים, מתועדת מדריך הכל מהאימות של מכונת ביצועים הנחיות ביצוע בדיקות ספציפיות1,2,3, 4. כיום, מכני הבדיקות נערכות על כל דבר, החל חומרי בניין כגון בטון, פלדה ועץ מזון וטקסטיל מוצרי5,6,7,8,9 . בהתחשב בכך בתחומי הנדסה ביו-רפואית, ליתר דיוק, ביומכניקה, משתמשות בדיקות מכניות, מכונות העמסה הם דבר שבשגרה במעבדות ביומכניקה.
טעינת מכונות להפעיל את הטווח של סולם ביומכניקה. לדוגמה, מכונות העמסה גדול יותר ניתן להשתמש כדי לנהל מחקרים בעלי השפעה גוף מלא או לקבוע תכונות מכניות הירך אנושי, בזמן טעינת קטנות יותר המכונות יכול לשמש לבדיקת עצמות מאתר או לעורר תאים10,11, 12,13,14. שני סוגים של טעינת מכונות נמצאים במעבדה הבדיקה; אלה שנרכשו מסחרית ואלה שכבר נבנו על-ידי המשתמש. טעינת מכונות שפותחו הם לעיתים קרובות המועדף שלהם התאמה אישית, התאמה אישית אפשרויות15.
בדיקות, הדגימה מאובטח במכונה כך יכול להיות מיושם לעקירה, יצירת כוח מדיד. אם המטען משמש את המשוב נהיגה, המבחן הוא עומס מבוקר; אם המנוע משמש את המשוב נהיגה, המבחן הוא שבשליטת העקירה. טעינת מכונות, באופן כללי, בנויים על מסגרת המתחברת mover תמיכה קבועה. ככזה, בדיקה בדרך כלל כרוך קצה אחד של הדגימה מועברים בעוד הצד השני נשאר קבוע.
המוצג באיור 1 היא שרטוט של מכונה העמסה פשוטה הממחיש את הרכיבים הבסיסיים שלה. הבסיסית כל מכונות העמסה הוא בסיס או מסגרת. בעוד הרוב המכריע של מותגים מסחריים, משתמשות בסיס קבוע, הציור מתאר פלטפורמה המאפשרת מישורי תנועה (XY). מצביע התזוזה, במקרה זה, הוא הזרוע מחזיקה את תא המטען, הוא מונע על ידי מנוע stepper. מחוברים למסגרת הם גופי אשר להחזיק את הדגימה ולהכתיב את סוג המבחן המופעל. בציור מוצגות גופי בנד 3 נקודות על כל שטח התקליטור. הנורה העליון (הקשר יחיד) מותקן על זרוע נעה; הנורה התחתון (הקשר הכפול) נטענה לבסיס נייח. במהלך הבדיקה, המנוע נוסע הנורה העליון כלפי מטה כדי איפה הקשר מרכז עוסקת הדגימה. הקשר עוסקת הדגימה, תא המטען מקליט העלייה בהתנגדות או הכוח שמונח הדגימה.
ישנם מקרים בו מכונות מתוכננים ובנויים בתוך הארגון לבצע תנועה לא ניתן להשגה באמצעות המכונות הקיימים במעבדה. כאן נתאר בפירוט כזה מכשיר אחד. זה פלטפורמה טעינה הדגימה uniaxial טהור מאפשר, טעינה או שוויון ולא ההפך תנועה בשני קצותיו. המכשיר משלב טען מסחרי תאים ומפעילים אלקטר (הובלות); מסגרת במכונה כדי להחזיק את החלקים מסחרי ואביזרי טעינה עבור הדגימה בדיקות. הבנת העקרונות הבסיסיים של בניית מכונת בדיקות יכול לסייע בתכנון מכונה של כל אחד. סיפקנו קבצי ציור יצרנו כנקודת התחלה כדי לסייע חוקרים עם פיתוח המכונה משלהם. הוידאו יתמקד ההרכבה של ההתקן לבין היישום של עקרונות תכנון מכאני כדי להבטיח יישור ובדיקה אמינה.
Protocol
Representative Results
Discussion
מטרת עבודה זו היתה לעצב לפברק טוען uniaxial חסכוני ואמין, לשימוש עם דגימות בקנה מידה קטן כגון רקמות וסיבים. התקן נבנה פגשתי את הדרישות שנקבעו גם בעת היותו גמיש מספיק בעיצוב כדי לאפשר החדש מצורפים כדי להיות מפוברק כפי שהמשתמש צריך לגדול. לדוגמה, המכשיר יאפשר לבדיקה של דגימות רטובה ויבשה בתצורת u…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי נבחרת מוסדות בריאות NIDCR [DE022664].
Materials
| Power supply, 24 V DC 2.5 A out, 100-240 V AC in, plug for North America | Zaber Technologies inc | PS05-24V25 | |
| 6 pin mini din-male to female PS/2 extension cable | Zaber Technologies inc | T-DC06 | |
| Stepper motor controller, 2 phase | Zaber Technologies inc | A-MCA | |
| Linear actuator, NEMA size 11, 30 mm travel, 58 N maximum continuous thrust | Zaber Technologies inc | NA11B30 | |
| Corrosion resistant maintenance-Free Ball Bearing Carriages and Guide Rails | McMaster-Carr | 9184T31 | |
| 6061-t6 Aluminum Stock | McMaster-Carr | NA | |
| Plexiglas Stock | McMaster-Carr | NA | |
| Canister load cell, 4.5N | Honeywell Sensotec | NA | |
| USB to 6 pin mini-din | Universal | NA |
References
- . ASTM E4-16. Standard practices for force verification of testing machines Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2016)
- . ASTM E2309/E2309M-16. Standard practices for verification of displacement measuring systems and devices used in materials testing machines Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2016)
- . ASTM E2428-15a. Standard practice for calibration and verification of torque transducers Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2015)
- . ASTM E2624-17. Standard practice for torque calibration of testing machines Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2017)
- . ASTM C39 – Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2018)
- . ASTM A370-17a. Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2017)
- . ASTM D4761-13. Standard test methods for mechanical properties of lumber and wood-base structural material Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2013)
- Green, M. L., et al. Mechanical properties of cheese, cheese analogues and protein gels in relation to composition and microstructure. Food Structure. 5 (1), 169-192 (1986).
- . ASTM D76/D76M-11. Standard specification for tensile testing machines for textiles Available from: https://www.astm.org/Standard/standards-and-publications.html (2011)
- Papini, M., Zdero, R., Schemitsch, E. H., Zalzal, P. The biomechanics of human femurs in axial and torsional loading: comparison of finite element analysis, human cadaveric femurs, and synthetic femurs. Journal of Biomechanical Engineering. 129 (1), 12-19 (2007).
- Poulet, B., et al. Intermittent applied mechanical loading induces subchondral bone thickening that may be intensified locally by contiguous articular cartilage lesions. Osteoarthritis and Cartilage. 23 (6), 940-948 (2015).
- Li, J., et al. Osteoblasts subjected to mechanical strain inhibit osteoclastic differentiation and bone resorption in a co-culture system. Annals of Biomedical Engineering. 41 (10), 2056-2066 (2013).
- Huang, A. H., et al. Design and use of a novel bioreactor for regeneration of biaxially stretched tissue-engineered vessels. Tissue Engineering. Part C, Methods. 21 (8), 841-851 (2015).
- Keyes, J. T., Haskett, D. G., Utzinger, U., Azhar, M., Van de Geest, J. P. Adaptation of a planar microbiaxial optomechanical device for the tubular biaxial microstructural and macroscopic characterization of small vascular tissues. Journal of Biomechanical Engineering. 133 (7), 075001 (2011).
- Brown, T. D. Techniques for mechanical stimulation of cells in vitro: A review. Journal of Biomechanics. 33 (1), 3-14 (2000).
- . Zaber Console software download Available from: https://www.zaber.com/zaber-software (2018)
- King, J. D., York, S. L., Saunders, M. M. Design, fabrication and characterization of a pure uniaxial microloading system for biologic testing. Medical Engineering and Physics. 38 (4), 411-416 (2016).
- Saunders, M. M., Donahue, H. J. Development of a cost-effective loading machine for biomechanical evaluation of mouse transgenic models. Medical Engineering and Physics. 26 (7), 595-603 (2004).
