Производство измерительного устройства с улучшенным 3D-принтером

Получение легких, но прочных материалов особенно важно в современной промышленности. Свойства материалов влияют при воздействии стресса, давления, торсии и изгиба вибрации во время использования^1,2. Таким образом, измерение деформации материалов важно для анализа их долговечности и устранения неполадок. Такие измерения позволяют инженерам анализировать долговечность материалов и устранять производственные проблемы. Наиболее распространенный метод измерения штамма в промышленности использует датчики напряжения^3. Традиционные датчики фольги широко используются из-за их низкой стоимости и хорошей надежности^4. Они измеряют изменения в электрических сигналах и преобразуют их в различные^{сигналы5,6}. Однако этот метод оставляет детали профиля деформации в измеренном объекте и подвержен шуму от вибрационных электромагнитных помех с аналоговыми сигналами. Разработка точных, высоко повторяемых и простых методов измерения штамма материала имеет важное значение в инженерии. Таким образом, изучаются и другие методы.

В последние годы наноматериалы вызвали большой интерес у следователей. Для измерения нагрузки на мелкие объекты, Osborn et al.^7,8, предложил метод измерения штамма 3D наноматериалов с помощью электронного рассеяния (EBSD). Используя молекулярную динамику, Lina et al.⁹ исследовали межслойную инженерию штамма трения графена. Распределенные измерения штамма оптического волокна с использованием спектроскопии Рейли с обратной сбросом (RBS) широко использовались при обнаружении неисправностей и для оценки оптических устройств из-за их высокого пространственного разрешения и чувствительности^10. Решетка волоконно-оптических (FBG)^11,12 распределенных датчиков деформации были широко использованы для высокоточных измерения деформации¹³ для их чувствительности к температуре и деформации. Для того, чтобы контролировать изменения деформации, вызванные лечением после инъекции смолы, Sanchez et al.¹⁴ встроил оптоволоконный датчик в пластину эпоксидного углеродного волокна и измерил полный процесс деформации. Дифференциальная интерференционная контрастность (DIC) является мощным методом измерения деформации поля^15,16,17, который широко используется, а¹⁸. Сравнивая изменения измеренных уровней серых поверхностей в собранных изображениях, анализируется деформация и вычисляется штамм. Чжан и др.¹⁹ предложил метод, который опирается на введение усиленных частиц и DIC изображения развиваться из традиционных DIC. Фогель и Ли²⁰ вычислили значения штамма с помощью автоматического метода с двумя представлениями. В последние годы это позволило одновременное наблюдение за микроструктурами и измерение деформации в составных композитах, усиленных частицами. Традиционные датчики деформации эффективно измеряют напряжение только в одном направлении. Ymelka et al.²¹ предложил анагнистого гибкого датчика деформации, который улучшает традиционный метод датчика деформации, обнаруживая изменения в резистентности датчика. Также можно измерить штамм с помощью биологических или химических веществ. Например, ионные проводящие гидрогели являются эффективной альтернативой деформации / тактильные датчики из-за их хорошие свойства растяжить и высокой чувствительности^22,23. Графен и его композиты обладают отличными механическими свойствами и обеспечивают высокую мобильность носителей наряду с хорошей пьезорезистивностью^24,25,26. Следовательно, датчики деформации на основе графена широко используются в электронном мониторинге здоровья кожи, носимой электроники и других областях^27,28.

В этой работе представлено концептуальное измерение деформации с использованием полидиметилсилоксана (PDMS) и системы усиления. Устройство отличается от традиционного датчика деформации, так как не требует проводов или электрических соединений. Кроме того, перемещение может наблюдаться непосредственно. Механизм усиления может быть размещен в любом месте на испытанный объект, что значительно увеличивает повторяемость измерений. В этом исследовании датчик и усилитель деформации были изготовлены с помощью технологии 3D-печати. Сначала мы улучшили 3D-принтер, чтобы повысить его эффективность в соответствии с нашими требованиями. Сферическое экструзионное устройство было разработано для замены традиционного одноматериального экструдера, управляемого нарезным программным обеспечением для завершения преобразования металлических и пластиковых сопла. Соответствующая молдинговая платформа была изменена, а устройство для зондирования смещения (усилитель) и считывающее устройство (микроскоп PDMS) были интегрированы.