يقدم هذا البروتوكول تكوين جهاز اختبار ضغط قادر على قياس الخصائص الميكانيكية للهياكل الدقيقة في منطقة الانفعال الصغير، إلى جانب طريقة منهجية لاختبار الضغط باستخدام هذا الجهاز. يمكن استخدام الجهاز المقترح لتحليل الهياكل المجهرية المختلفة والسلوك الميكانيكي للمواد القائمة على البوليمر.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
قياس استجابة الإجهاد-الانفعال الانضغاطي عند الانفعالات الصغيرة
* These authors contributed equally
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
طورت هذه الدراسة طريقة قياس قادرة على تقييم السلوك الميكانيكي للمواد والأجهزة الدقيقة بدقة في منطقة الانفعال الصغير. يدمج النظام مرحلة Z يتم التحكم بها بمحرك، ولوحة متحكم دقيق، ودائرة مضخم تشغيلية، ومستشعر قوة، مما يتيح اكتساب القوة والإزاحة المتزامنة من خلال التحكم المخصص والاتصال التسلسلي. تم إجراء معايرة مقاومة المتغيرة في المضخم لتحسين العلاقة بين القوة المطبقة وإخراج المستشعر، مما أدى إلى خطأ نسبي بنسبة ±2.0٪ مقارنة بجهاز اختبار عالمي تجاري. تم التحقق من دقة الإزاحة الرأسية باستخدام مقياس إزاحة الليزر بسرعة حركة هدف تبلغ 1 ميكرومتر/ث، مما أظهر خطأ نسبي قدره +0.1٪. وبناء عليه، توفر المنصة دقة إزاحة تبلغ 1 ميكرومتر ودقة قوة 0.01 نيوتن. أجريت اختبارات ضغط على عينة من بولي ديميثيل سيلوكسان (PDMS) تم تصنيعها بأبعاد 3 أبعاد ASTM D575-91 القياسية. أظهرت استجابات الإجهاد-الانفعال المقاسة بواسطة النظام المقترح وآلة الاختبار الشاملة توافقا وثيقا، وأظهر معامل الانضغاط المقدر في منطقة الإجهاد الصغير انحرافا +5.3٪ عن القيم المبلغ عنها سابقا. تؤكد هذه النتائج موثوقية وتكرار القياسات في منطقة الانفعال الصغير، وتدعم تقدير معامل بناء على الميل الخطي الأولي تحت الضغط المحكم. المنصة المطورة مدمجة، سهلة التجميع، وفعالة من حيث التكلفة مع الحفاظ على دقة عالية وثبات تشغيلي. أداؤها المعتمد وإجراء معايرته القابلة للتكرار يجعلانه مناسبا للمختبرات التي تتطلب توصيفا دقيقا عند قوى منخفضة وإزاحات صغيرة. تشمل مجالات التطبيق المحتملة أنظمة الميكروكهروميكانيكية القائمة على البوليمر (MEMS)، ومكونات الروبوتات اللينة، والإبر الدقيقة، حيث تعتبر اختبارات الضغط الدقيقة منخفضة الحمل والتحكم في الإزاحة القابلة للتحقق ضرورية لتقييم المواد وتصميم الأجهزة.
المقدمة
فهم السلوك الميكانيكي لأجهزة الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) أمر بالغ الأهمية لتصميم الأجهزة وأدائها وموثوقيتها 1,2. تم استخدام آلات الاختبار العالمية التقليدية على نطاق واسع لتقييم الخصائص الميكانيكية؛ ومع ذلك، فهي مكلفة وتتطلب مساحة كبيرة وقوة عاملة وموارد كبيرة للتركيب والصيانة والتشغيل3. علاوة على ذلك، وبما أنها صممت أساسا لاستخدام نطاقات القوة العالية والإزاحة الكبيرة في الاختبار الميكانيكي للمواد عالية القوة، فهناك فروقات كبيرة بين نطاقات القياس وتلك المطلوبة لتقييم الخصائص الميكانيكية للهياكل الدقيقة في منطقة الإجهاد الصغير4. لذلك، هناك حاجة إلى بحث حول جهاز اختبار ضغط منخفض التكلفة جديد وطريقة تجريبية قابلة للتطبيق على نطاق المختبر مع تكرار عالي يمكن أن ينتج قياسات موثوقة في منطقة الانفعال الصغير/القوة الصغيرة5.
تم تطوير عدة أجهزة اختبار ميكانيكية يمكن استخدامها على نطاق المختبر لتوصيف الخصائص الميكانيكية لأجهزة MEMS الصغيرةالحجم 6,7,8. ومع ذلك، تم تطوير معظم هذه الأجهزة لاختبار المواد عالية القوة أو لبيئات متخصصة، ولذلك لديها قيود في قياس الخصائص الميكانيكية لهياكل MEMS بشكل موثوق في منطقة الإجهاد الصغير/القوة الصغيرة 9,10.
لتجاوز هذه القيود، نقترح نظام وطريقة اختبار الضغط ذو الإزاحة الصغيرة يمكن استخدامها حتى في المختبرات الصغيرة. تمكن الطريقة المقترحة التقييم الكمي للسلوك الميكانيكي للمادة من خلال قياس الإزاحات والقوى الصغيرة في الوقت نفسه أثناء عملية الضغط. يعمل النظام ضمن نطاق قوة 4.4 نيوتن وسرعة إزاحة محكومة تبلغ 1 ميكرومتر/ثانية، مما يضمن قياسات دقيقة ومستقرة. النظام هو نظام اختبار ضغط صغير ومنخفض التكلفة مصمم لتقييم الخصائص الميكانيكية للهياكل الدقيقة في منطقة الانفعال الصغير.
يدمج هذا النظام مرحلة Z مع مستشعر القوة ولوحة التحكم الدقيق لالتقاط الإشارة عبر الميكروكنترولر، مما يتيح قياس القوة والإزاحة في نفس الوقت بدقة عالية. تم إجراء التحقق من صحة النظام من خلال معايرة مقاومة التغذية الراجعة (RF) - وهي العامل الرئيسي في تحديد كسب دائرة المضخم العاكس - والتحقق من الإزاحة الرأسية باستخدام مقياس إزاحة الليزر، مما أكد أن دقة الإزاحة وقياس القوة كانت 1 ميكرومتر و0.01 نيوتن على التوالي. تم تصنيع عينات مصغرة11,12، بحجم ثلث الحجم القياسي (الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM) D575-91، طرق الاختبار القياسية لخصائص المطاط في الضغط)13، وتم اشتقاق طريقة اختبار ضغط لتقييم الخصائص الميكانيكية للهياكل المجهرية بشكل موثوق في منطقة الإزاحة الصغيرة/القوةالمنخفضة 14,15.
تم قياس منحنيات الإجهاد-الانفعال للعينات المدرعة باستخدام كل من آلة اختبار شاملة تجارية (MTS) ونظام القياس المطور (MS)، وتمت مقارنة النتائج. من ميل المنطقة الخطية الأولية، تم تحديد معامل الضغط على أنه 1.39 ميغاباسكال، مما أظهر انحرافا +5.3٪ عن القيم التي تم الإبلاغ عنها سابقا في الأدبيات16. يوفر هذا النهج القياسي، الذي يجمع بين التحكم في الإزاحة وقياس القوة17,18، إطار عمل قياس قابل للتكرار مناسب لتطبيقات MEMS وBio-MEMS. لا يوفر هذا النهج إطارا موثوقا لفهم السلوك الميكانيكي للهياكل الدقيقة فحسب، بل يوفر أيضا طريقة عملية لتقييم المواد في مجالات متعددة، بما في ذلك الأجهزة الطبيةالحيوية 19 والروبوتات اللينة20.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
المواد الاستهلاكية والمعدات والبرمجيات المستخدمة مدرجة في جدول المواد.
1. إعداد نظام القياس
ملاحظة: يوضح الشكل 1 ال MS المستخدم في اختبار الضغط. تتكون مرحلة z من مشغل خطي يتحكم فيه متحكم بالمحرك، وجزء متحرك يوفر الحركة الفعلية على طول محور z، وجزء ثابت داعم. يشمل النظام أيضا لوحة تحكم دقيق، ودائرة مضخم عاملة، وحساس قوة متصل بكتلة، وجهاز لابتوب.
- قم بدفع الجزء المتحرك على طول محور z بسرعة محددة باستخدام وحدة التحكم في المحرك لتطبيق حمل انضغاطي على العينة.
- قس الحمل باستخدام حساس قوة مثبت فوق كتلة معدنية صلبة. تمر الإشارة المجمعة عبر دائرة مضخم معكوسة، ثم تحول إلى إشارة رقمية بواسطة لوحة المتحكم الدقيق، ثم ترسل إلى برنامج لوحة المتحكم الدقيق.
- قم بإعداد مقياس إزاحة الليزر كما هو موضح في الشكل 2 للتحقق من الإزاحة الرأسية لمرحلة z. بعد إرسال إشارة إدخال من وحدة التحكم في المحرك، اسمح للجزء المتحرك في مرحلة z بالتحرك عموديا؛ يتم تسجيل بيانات الإزاحة في الوقت الحقيقي للمشغل الخطي المدمج باستخدام برنامج الاتصال التسلسلي.
- استخرج بيانات الإزاحة باستخدام برنامج قياس إزاحة الليزر ومقارنتها للتحقق.
ملاحظة: يتم تسجيل بيانات القوة والإزاحة في نفس الوقت باستخدام برنامج الاتصال التسلسلي، مما يسمح بالحصول على منحنى القوة والإزاحة على اللابتوب في الوقت الفعلي. - راقب وسجل تشوه العينة أثناء الضغط باستخدام المجهر الرقمي.
ملاحظة: يستخدم المجهر الرقمي ومقياس إزاحة الليزر لمراقبة العينات والتحقق من الإزاحة على التوالي.
2. دائرة القياس
ملاحظة: يوضح الشكل 3 الدائرة الكهربائية المكافئة لمستشعر القوة ووصلات دوائر القياس التي تحول وتضخم تغيرات الضغط الناتجة عن قوة خارجية ساكنة إلى جهد كهربائي. تتكون الدائرة من مقاومة تغذية راجعة متغيرة (RF) للتحكم في الكسب، ومكثف (CF) لقطع التردد المنخفض وإزالة الضوضاء، ومضخم تشغيلي. هنا، مقاومة حساس القوة التي تتغير مع مقدار القوة الخارجية المطبقة هي RS، وجهد التزويد للحساس والدائرة بأكملها هو VS. بالنظر إلى خصائص المضخم العاكس، يتم تطبيق V S كجهد سالب لضمان أن يكون المخرج دائما موجبا.
- قم بتوصيل مقاومة تغذية راجعة متغيرة (RF) بالتوازي مع مكثف (CF) (لقطع التردد المنخفض وتصفية الضوضاء) لتشكيل دائرة التغذية الراجعة.
- ربط طرفي دائرة التغذية الراجعة المجمعين أعلاه بالمدخل العاكس (−) ومخرج (VO) لمضخم التشغيل.
- ربط طرفي مقاومة حساس الضغط (RS) بالمدخل العاكس (−) للمضخم وإلى −VS.
- قم بتوصيل المدخل غير العاكس (+) لمضخم الصوت التشغيلي بالأرضي.
- قم بتوصيل مخرج (VO) لمضخم التشغيل بطرف الإدخال A0 في لوحة المتحكم الدقيق.
- توصيل أطراف VDD و VSS للمضخم بمصدر الطاقة؛ قم بتطبيق 5 فولت على V DD وربط VSS بالأرضي.
ملاحظة: إعدادات الجهد لهذا المضخم تتبع الطريقة المقترحة في ورقة البيانات المرفقة مع حساس القوة لتقييد جهد الخرج إلى نطاق 0-5 فولت. يوضح الشكل 3 الدائرة المكافئة لحساس القوة ودائرة المضخم المعكوس. عند تطبيق حمل خارجي ثابت، تتغير مقاومة المستشعر (RS)، ويتدفق تيار المستشعر (iS) وفقا لنسبة جهد التزويد VS (الجهد المرجعي للحساس) إلى RS. وهذا يعادل تيار الخرج (iO) الذي يعرف بنسبة جهد الخرج (VO) إلى مقاومة التغذية الراجعة (RF). تطبيق قانون كيرشوف الحالي عند العقدة a في الشكل 3 يعطي المعادلة (1).
(1)
ويعرف VO بالمعادلة (2) تحت الحمل الخارجي منخفض التردد جدا (ω ≅ 0).
(2)
3. تحضير العينة (PDMS) والتحميل
- تحقق من مواصفات معيار ASTM D575-91 لعينة اختبار الضغط.
ملاحظة: يظهر الشكل 4A قالبين أسطوانيين مطبوعين ثلاثي الأبعاد، تم إعدادهما في حالة نظيفة قبل صب PDMS. تم تصميم قالب واحد بشكل أسطواني مطابق للعينة القياسية (القطر 28.6 مم ± 0.1 مم، الارتفاع 12.5 مم ± 0.5 مم)، والآخر نسخة مصغرة بحوالي ثلث هذا الحجم لتناسب مساحة الاستشعار الفعالة لحساس القوة (القطر 9.53 مم). - استخدم PDMS كمادة اختبار، وامزج البوليمر الأساسي مع عامل المعالجة بنسبة كتلة 10:1.
- بعد التحريك جيدا، قم بإزالة الغاز من الخليط عند درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) و60 كيلو باسكال (مقياس) لمدة 30 دقيقة باستخدام مجفف فراغ لإزالة فقاعات الهواء.
- حقن 8 مل من الخليط في كل من القوالب الجاهزة المطبوعة ثلاثية الأبعاد باستخدام حقنة ذات مرة واحدة لتشكيل العينات.
- أعالج جميع العينات في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة دون أي معالجة حرارية إضافية.
ملاحظة: يوضح الشكل 4B عينات PDMS المصنعة، وتم تجهيز ثلاث عينات من كل حجم تحت ظروف متطابقة لتمكين المقارنة بين العينات القياسية والعينات المصغرة. يوضح الشكل 4C عينة PDMS الموضوعة على حساس القوة في إعداد اختبار الضغط. كانت العينة مركزة على منطقة الاستشعار الدائري مع سطح سفلي يلامس بالكامل المنطقة النشطة لحساس القوة. - قم بمحاذاة الجزء المتحرك بشكل عمودي على الحساس ومركزه فوق العينة لتطبيق حمل انضغاطي عادي.
4. معايرة RF
ملاحظة: يعد RF عاملا رئيسيا في تحديد جهد الخرج في دائرة المضخم العاكس، لذا فإن ضبط قيمة RF أمر بالغ الأهمية لضمان دقة وموثوقية MS.
- قم بتوصيل حساس القوة بمنطقة تثبيت العينة في جهاز MTS (خلية تحميل 100 نيوتن)، وضبط حد الحمل التجريبي إلى 4.4 نيوتن.
- باستخدام MTS، أجري اختبارات ضغط تحت ظروف R-F مختلفة وسجل بيانات القوة والزمن من حساس القوة ثلاث مرات على الأقل.
- قارن بيانات القوة والزمن المستخرجة من حساس القوة مع بيانات قياس MTS لحساب الخطأ.
- حدد قيمة RF التي تعطي أقل خطأ بناء على نتائج المعايرة.
ملاحظة: أقصى نطاق قياس لحساس القوة هو 4.4 نيوتن. الأحمال التي تتجاوز هذه القيمة تسبب تشبع الخرج، لذا يجب الحذر عند ضبط ظروف التجريب. تعديل قيمة RF يحسن كسب الدائرة ليتوافق مع بيانات MTS، وهذه خطوة أساسية لضمان دقة القياس العامة للنظام.
5. التحقق من الإزاحة الرأسية
- للتحقق من الإزاحة، قم بتثبيت شريحة مجهر مع عاكس من الألمنيوم في أعلى الجزء المتحرك من المرحلة z.
- شغل حساس إزاحة الليزر.
- تحقق من أن إشارة حساس الليزر مستقرة.
ملاحظة: تحقق من أن ضوء انبعاث الليزر على المستشعر أخضر. إذا كان اللون برتقاليا، فقد لا تكون طبقة الألمنيوم العاكسة تعكس بشكل صحيح، أو قد يكون نطاق القياس (<1 مم) قد تم تجاوزه، لذا يجب إجراء تعديلات. - استخدم وحدة التحكم في المحرك لضبط سرعة القيادة بحيث يتحرك الجزء المتحرك بسرعة هدف تبلغ 1 ميكرومتر/ثانية. طبق الإعدادات كما يلي:
- شغل برنامج التحكم في المحرك.
- اضغط على الصفحة الرئيسية لإجراء التوجيه (المعايرة).
- لتعيين سرعة القيادة، اذهب إلى المعلمة/الوضع < المعامل < سرعة القيادة، أدخل كل قيمة (5، 10، و100)، ثم أغلق مربع الحوار.
- لتطبيق كل إعدادات سرعة، اختر اختيار السرعة واختر كل من 5 و10 و100.
- لتحديد مسافة السفر المطلوبة، أدخل قيمة محددة مسبقا بقيمة 27,320 نقطة واضغط على زر + (ابدأ).
ملاحظة: عند قيمة محددة مسبقا تبلغ 27,320 نقطة، حيث أن النقطة 1 تساوي 0.0366 ميكرومتر، ينخفض الجزء المتحرك بمقدار إجمالي 1000 ميكرومتر. يستخدم برنامج التحكم في المحرك باستمرار لتشغيل وحدة التحكم أثناء اختبارات الضغط.
- أثناء تحرك الجزء المتحرك على محور z، قم بتسجيل بيانات الإزاحة من المشغل الخطي المدمج عبر برنامج التحكم في المحرك، وسجل بيانات إزاحة الليزر عبر برنامج قياس الليزر.
- شغل برنامج قياس إزاحة الليزر.
- لإعدادات التحكم، اختر إعداد إعدادات بدء التشغيل < قراءة إعدادات وحدة التحكم واضغط موافق.
- اضبط وقت أخذ العينات تحت الإعدادات الشائعة < أخذ العينات إلى 100 ميكروثانية (دورة العينة: 100)، ثم احفظ الإعدادات وأرسلها إلى وحدة التحكم.
- لمراقبة إزاحة الليزر، اذهب إلى عرض قيمة القياس < ابدأ في اكتساب قيمة القياس، وراقب بيانات الإزاحة.
ملاحظة: يتم ضبط زمن أخذ العينات إلى 10 مللي ثانية (100 ميكروثانية × 100 دورة) لجمع بيانات إزاحة الليزر بدقة زمنية كافية ولتقليل ضوضاء الإشارة للقياس المستقر.
- قارن بيانات الإزاحة المسجلة من المصدرين لتقييم خطأ الإزاحة، والتأكد من أن قيم الإزاحة تتطابق عند كل إعداد لسرعة القيادة (5، 10، و100). وهذا يضمن موثوقية وتكرار قياسات الإزاحة تحت ظروف سرعة الهدف.
6. تقييم الخصائص الميكانيكية للعينة المصغرة
- قم بتثبيت حساس القوة في أعلى الكتلة باستخدام شريط لاصق مزدوج الوجه، ثم استخدم شاشة المراقبة التسلسلية في برنامج لوحة المتحكم الدقيق لضمان أن الحمل الأولي يقرأ 0 وقم بإجراء المعايرة إذا لزم الأمر.
- افتح وأشغل برنامج لوحة التحكم الدقيق.
- لتكوين اتصال اللوحة والمنفذ، اذهب إلى اختيار لوحة أخرى ومنفذ < اللوحات < البحث عن لوحة، اختر Arduino Uno، واضغط موافق.
- أدخل رمز التحكم في لوحة المتحكم الدقيق واضغط على التحقق ثم رفع.
- للتحقق من قراءات التحميل، اذهب إلى Tools < Serial Monitor.
ملاحظة: رمز التحكم في لوحة المتحكم الدقيق مقدم في الملف التكميلي 1.
- ضع العينة بشكل ثابت في مركز منطقة الاستشعار الفعالة لحساس القوة.
ملاحظة: إذا وضعت العينة خارج مركز المنطقة النشطة للحساس، تطبيق الحمل بشكل غير متماثل، مما يؤدي إلى أخطاء كبيرة في القياس. - استخدم وحدة التحكم في المحرك لإجراء التوجيه (ضبط الصفر) وضبط سرعة المحرك على القيمة المعتمدة سابقا.
- قم بدفع الجزء المتحرك من مرحلة z محوريا (للأسفل) ليصل إلى اللامس وبالتالي تطبيق حمل على العينة.
- قس القوة المنبعثة إلى العينة في الوقت الحقيقي بواسطة حساس القوة المثبت تحتها.
- نقل بيانات القوة والإزاحة إلى الحاسوب المحمول عبر دائرة المضخم العاكس المتصلة بلوحة المتحكم الدقيق، وتسجيل القوة والإزاحة في نفس الوقت باستخدام برامج الاتصال التسلسلي.
- شغل برنامج الاتصال التسلسلي.
- اتصل ببرنامج لوحة المتحكم الدقيق لتسجيل بيانات القوة: اذهب إلى خيارات الاتصال << خيارات المنفذ التسلسلي < المنفذ، اختر المنفذ المناسب، واضغط موافق.
- اتصل ببرنامج التحكم في المحرك لتسجيل بيانات الإزاحة: اذهب إلى خيارات الاتصال < < خيارات المنفذ التسلسلي < المنفذ، اختر المنفذ المناسب، واضغط موافق.
- لبدء نقل البيانات في الوقت الحقيقي، اذهب إلى الاتصال < الاتصال < التقاط الملفات < البدء.
- لإيقاف وحفظ البيانات، اذهب إلى الاتصال < التقاط الملفات < إيقاف وحفظ.
- حول بيانات الإزاحة إلى انفعال عن طريق قسمة التغير في الطول (ΔL) على الطول الابتدائي للعينة (L₀)، أي أن الانفعال = ΔL/L₀.
- في الوقت نفسه، حول بيانات القوة المسجلة إلى إجهاد عن طريق قسمة القوة (F) على مساحة المقطع العرضي (A) للعينة، أي الإجهاد = F/A.
- يوضح الشكل 7 منحنيات الإجهاد-الانفعال لعينات PDMS المصغرة. باستخدام برنامج تحليل الرسوم البيانية، يتم حساب الميل في منطقة الانفعال الصغير الأولي لتحديد معامل الانضغاط.
ملاحظة: لضمان اتساق وموثوقية البيانات، قم بإجراء جميع اختبارات الضغط ثلاث مرات على الأقل تحت ظروف متطابقة. في هذه الدراسة، كان معامل الضغط لنظام PDMS الناتج عن ثلاث قياسات متكررة هو 1.39 ميغاباسكال ± 3.7٪.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
نفذت هذه الدراسة بنجاح جهاز اختبار ضغط قائم على مستشعر القوة، مناسب للاستخدام في المختبرات الصغيرة الحجم، يوفر دقة قياس عالية وقابلية تكرار. تم تطوير هذا الجهاز لتجاوز التكلفة العالية والحجم الكبير للمعدات التجارية التقليدية وعدم الكفاءة في قياس التشوهات ذات الإجهاد الصغير.
يوضح الشكل 5 نتائج التحسين لقيمة RF، وهي العامل الرئيسي الذي يحدد كسب جهد الخرج في دائرة المضخم العاكس. تم تحليل النتائج المقاسة باستخدام MTS جنبا إلى جنب مع نتائج النموذج ا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
قدمت هذه الدراسة طريقة قياس قائمة على الضغط لتقييم الخصائص الميكانيكية للهياكل المجهرية القائمة على البوليمرات في نطاق الإزاحة الصغيرة. تجمع الطريقة المقترحة بين مرحلة ترجمة دقيقة تجارية على محور Z، وحساس قوة، ودائرة مضخم بسيطة، ولوحة متحكم دقيق، وتوفر ميزة بإمكانية تنفيذها في مختبرات صغيرة وسهولة استخدامها من قبل المبتدئين.
عامل رئيسي في أداء المعدات المطورة في هذه الدراسة هو معايرة حساس القوة الموضح في القسم 4 (معايرة R-F). ضمان الدقة من ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
شكر وتقدير
وقد تم دعم هذا العمل بمنحة من مؤسسة الابتكار الكورية (INNOPOLIS) الممولة من الحكومة الكورية (وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات) (رقم المنحة: NTIS-2710084968)، من وكالة تعزيز التسويق لنتائج البحث والتطوير (COMPA) الممولة من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات (رقم منحة: RS-2024-00423871 لدعم تطوير الملكية الفكرية وتسويق/تصنيع تكنولوجيا تصنيع الإبر الصغيرة المبكرة)، ومن خلال برنامج التعليم لنظام الابتكار الإقليمي (RISE) من خلال مركز RISE في جيونغسانغنام-دو، الممول من وزارة التعليم وحكومة مقاطعة جيونغسانغنام-دو في جمهورية كوريا (2025-RISE-16-008-0008).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| طابعة ثلاثية الأبعاد | ستراتاسيس | أوبجت 30 برايم | تصنيع نوعين من قوالب PDMS |
| الألمنيوم | نينغبو فافيرلد كومدتي | طلاء رقائق زيت السيليكون (رقائق غير لاصقة 01) | تكوين عاكس بالليزر لقياس الإزاحة الرأسية |
| لوحة الخبز | إي-كول | EIC-108J | لتكوين الدائرة التجريبية |
| كاباكتيور (CF) | نولز / كورنيل دوبلييه (CDE) | CD15ED470GO3F | ترشيح الضوضاء وتثبيت دائرة التضخيم |
| المجهر الرقمي | هيروكس | KH-7700 | ملاحظة شكل العينة والتحقق البعدي |
| حساس القوة | تيكسكان | فليكسي فورس A301-1 | قياس الحمل، والدقة، والخطية مهمة |
| برنامج تحليل الرسوم البيانية | مختبر أوريجن | أوريجن برو 2024 | تحليل الرسوم البيانية |
| اللابتوب | أي | أي | العنصر الأساسي للتحكم البرمجي |
| برنامج قياس إزاحة الليزر | شركة كينس | LK-Navigator 1.52 | برنامج قياس الإزاحة الرأسية |
| مقياس إزاحة الليزر | شركة كينس | LK-G10 | معدات قياس الإزاحة الرأسية |
| لوحة التحكم الدقيق | أردوينو | A000067 | وحدة التحكم الرئيسية لإشارة النظام بأكملها، بما في ذلك اللوحات المبنية على الأردوينو/STM |
| برمجيات لوحة المتحكم الدقيق | أردوينو | Arduino IDE 2.3.3 | برنامج التحكم الكامل في إشارات النظام |
| شريحة المجهر | مختبر LK كوريا | M08-660-147 | عاكس بالليزر لقياس الإزاحة الرأسية |
| برنامج التحكم في المحركات | نوفا إلكترونيكس | MR220A 1.0.3 | برنامج التحكم في المشغلات الخطية |
| وحدة تحكم المحرك | ساينستاون | STM-1-USB | التحكم في قيادة محرك المحرك الخطي في المرحلة Z |
| MTS | لويد إنسترومنتس | 01/2962 | جهاز اختبار شد/ضغط تجاري، وهو معدات مرجعية لنتائج القياس |
| المضخم التشغيلي | تقنية الرقائق الدقيقة | OPA404KP | تضخيم إشارة مستشعر القوة، مكون الدائرة الرئيسية |
| PDMS | داو كورنينغ | 4019862 | المواد المستخدمة في تصنيع العينات |
| برامج الاتصالات التسلسلية | روجر ماير | كول ترم 2.3.0 | الاتصال التسلسلي للقوة – بيانات الإزاحة |
| جهاز تجفيف الفراغ | آي نيكسس | IN-VS | يستخدم لإزالة الفقاعات أثناء تصنيع PDMS |
| مقاومة التغذية الراجعة المتغيرة (RF) | تقنيات BI / إلكترونيات TT | P160KN-0QD15B10K | ضبط كسب المضخم التشغيلي، مفتاح معايرة المستشعر |
| مرحلة Z | ساينستاون | SMX-8060-X | وحدة قيادة لتطبيق الإزاحة واختبار الضغط، والنواة للتحكم العمودي الدقيق |
المراجع
- Iannacci, J. Reliability of MEMS: A perspective on failure mechanisms, improvement solutions and best practices at development level. Displays. 37, 62-71 (2015).
- Yamazu, T. Mechanical property measurement of micro/nanoscale materials for MEMS: A review. IEEJ Trans Electr Electron Eng. 18, 308-324 (2022).
- Lodh, A., Keller, C., Castelluccio, G. M. Fabrication and mechanical testing of mesoscale specimens. JOM. 75, 2473-2479 (2023).
- Haque, M. A., Saif, M. T. A. A review of MEMS-based microscale and nanoscale tensile and bending testing. Exp Mech. 43, 248-255 (2003).
- Pantano, M. F., Espinosa, H. D., Pagnotta, L. Mechanical characterization of materials at small length scales. J Mech Sci Technol. 26, 545-561 (2012).
- Zhang, Y., et al. Scalable and high-throughput production of an injectable PRP/cell-laden microcarrier/hydrogel composite system for hair follicle tissue engineering. J Nanobiotechnol. 20 (1), 465(2022).
- Rzepiejewska-Małyska, K. A., et al. In situ mechanical observations during nanoindentation inside a high-resolution scanning electron microscope. J Mater Res. 23 (7), 1973-1979 (2008).
- Cruz, D. J., Duarte, P., Alves, L. M., Martins, P. A. F. A miniaturized device coupled with digital image correlation for mechanical testing. Micromachines. 13 (11), 2027(2027).
- Lamba, M., Chaudhary, H., Singh, K. Analytical study of MEMS/NEMS force sensor for microbotics applications. IOP Conf Ser Mater Sci Eng. 594, 012021(2019).
- Cruz, D. J., Duarte, P., Alves, L. M., Martins, P. A. F. A miniaturized device coupled with digital image correlation for mechanical testing. Micromachines. 13 (11), 2027(2022).
- Liu, M., Sun, J., Sun, Y., Bock, C., Chen, Q. Thickness-dependent mechanical properties of polydimethylsiloxane membranes. J Micromech Microeng. 19 (3), 035028(2009).
- Liu, M., Sun, J., Chen, Q. Influences of heating temperature on mechanical properties of polydimethylsiloxane. Sens Actuators A Phys. 151, 42-45 (2009).
- ASTM International. ASTM D575-91, Standard Test Methods for Rubber Properties in Compression. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2018).
- Zhang, S., Ge, C., Liu, R. Mechanical characterization of the stress-strain behavior of the polydimethylsiloxane (PDMS) substrate of wearable strain sensors under uniaxial loading conditions. Sens Actuators A Phys. 341, 113580(2022).
- Pakawan, T., et al. Compressive behaviors of micropillar sheets made of PDMS material using the finite element method. Eng J. 24, 73-84 (2020).
- Johnston, I. D., McCluskey, D. K., Tan, C. K. L., Tracey, M. C. Mechanical characterization of bulk Sylgard 184 for microfluidics and microengineering. J Micromech Microeng. 24, 035017(2014).
- Ruybalid, A., van der Sluis, O., Geers, M., et al. An in-situ, micro-mechanical setup with accurate, tri-axial, piezoelectric force sensing and positioning. Exp Mech. 60, 713-725 (2020).
- Mehdizadeh, E., Guo, X., Pourkamali, S., Hajjam, A., Rahafrooz, A. Nano-precision force and displacement measurements using MEMS resonant structures. Proc IEEE Sens. 1, 1-4 (2013).
- Liu, S., et al. Small-strain folding of semi-rigid elastomer derives high-performance 3D-printable soft origami actuators. Chem Eng J. 489, 151462(2024).
- Singh, A. V., et al. Bioinspired soft machines: Engineering nature's grace into future innovations. J Funct Biomater. 16, 158(2025).
- Nandy, K., Collinson, D. W., Scheftic, C. M., Brinson, L. C. Open-source micro-tensile testers via additive manufacturing for the mechanical characterization of thin films and papers. PLoS One. 13 (5), e0197999(2018).
- Gianola, D. S., Hintsala, E. D., Uchic, M. D., Wheeler, J. M. Advances and opportunities in high-throughput small-scale mechanical testing. Curr Opin Solid State Mater Sci. 27, 101090(2023).
- Hartansky, R., et al. Towards a MEMS force sensor via the electromagnetic principle. Sensors. 23 (3), 1241(2023).
- Navindaran, K., Kang, J. S., Moon, K. Techniques for characterizing mechanical properties of soft tissues. J Mech Behav Biomed Mater. 138, 105575(2023).
- Chavan, R., Kamble, N., Kuthe, C., Sarnobat, S. On mechanical behavior and characterization of soft tissues. Biomed Eng Comput Biol. 15, 11795972241294115(2024).
- Babapour, F., Faraji Rad, Z., Ganji, F. Mechanics of dissolving microneedles insertion into the skin: Finite element and experimental analyses. J Appl Polym Sci. 141, e55973(2024).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
