Name: Producción de un dispositivo de medición de tensión con una impresora 3D mejorada (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 17 s
Description: Aprende a fabricar un sensor de medición de tensión mediante impresión 3D mejorada con PDMS para medir deformaciones de microestructuras sin conexiones eléctricas. Este método avanza la tecnología de sensores.

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Este trabajo fue apoyado financieramente por la National Science Foundation of China (Grant No. 51805009).

1. Montaje del mecanismo de amplificación
<ol><li>Construir una plataforma experimental que incluya una impresora 3D mejorada, un indicador de medidor de tensión, un dispositivo de conducción, un marco de soporte, una barra de aluminio, una lente PDMS, un teléfono inteligente, pesas, un amplificador impreso(Figura suplementaria 1),y un medidor de tensión, como se muestra en la Figura 1.</li>
	<li>Establezca la altura de cada capa en la impresora en 0,05 mm para nylon y 0,2 mm para ABS. Establezca el diámetro del cabezal de impresión en 0,2 mm en ambos casos. Ajuste la temperatura de la boquilla a 220 oC para nylon y 100 oC para ABS. Por último, ajuste la velocidad de impresión a 2.000 mm/min para nylon y 3.500 mm/min para ABS.</li>
	<li>Ajuste la orientación del cabezal de extrusión esférica para que la boquilla metálica se dirija a la plataforma de baja temperatura e imprima un contorno para garantizar una extrusión normal, como se muestra en la Figura 2.</li>
	<li>Cuelgue el nylon y el ABS en la columna. El extremo frontal debe entrar en el contenedor de la bobina de impresión para ser fundido por la boquilla de metal.</li>
</ol>2. Montaje del microscopio PDMS
<ol><li>Con un agitador magnético, mezcle el precursor PDMS y el agente de curado para obtener una relación de peso de 10:1.</li>
	<li>Coloque la mezcla en el degasser durante 40 minutos para eliminar las burbujas y vierta la mezcla desgasificada en el contenedor PDMS del cabezal de extrusión esférica.</li>
	<li>Gire el cabezal de extrusión esférica y la plataforma para que la boquilla de plástico se enfrente a la plataforma de alta temperatura.</li>
	<li>Ajuste el incremento de la boquilla de plástico a 50 l. Coloque el extremo inferior del dispositivo de pipeta a 20 mm29 del molde utilizando la rotación de la boquilla y el motor paso a paso en el eje Z.</li>
	<li>Encienda la placa caliente para calentar la plataforma de alta temperatura. La temperatura de la plataforma es controlada por un termómetro de radiación infrarroja sin contacto. NOTA: Este estudio probó temperaturas de 140 oC, 160 oC, 180 oC, 200 oC, 220 oC y 240 oC.</li>
	<li>Apriete el contenedor PDMS para imprimir la lente PDMS.</li>
	<li>Enfríe la lente PDMS a temperatura ambiente y retírela con pinzas de goma.</li>
	<li>Determine los parámetros geométricos de la lente, incluido el ángulo de contacto, el radio de curvatura y el diámetro de las gotas, utilizando un analizador de forma tridimensional.</li>
</ol>3. Medición de tensión para pruebas de carga en los grupos de control y prueba
<ol><li>Utilice una barra de aluminio 6063 T83 como viga en voladizo. La longitud, anchura y grosor de la viga voladizo deben ser de 380 mm x 51 mm x 3,8 mm, respectivamente. Fije un extremo a la mesa de operación con pernos y tuercas.</li>
	<li>Dibuja una cruz en el centro y 160 mm desde el extremo libre de la viga voladizo.</li>
	<li>Para eliminar la capa de óxido en la viga en voladizo, pula su superficie con papel de lija fino antes de pegarla. La dirección de molienda debe ser de unos 45o desde la dirección de la rejilla del cable del manómetro de tensión. Utilice lana de algodón empapada en acetona para limpiar la superficie de la viga en voladizo y la superficie de la pasta del medidor de tensión.</li>
	<li>Conecte el dispositivo de conducción y el indicador del medidor de tensión. Enciende la alimentación. Utilice un medidor de tensión montado en la superficie central de la barra de aluminio en su extremo fijo para medir los cambios de tensión.</li>
	<li>Fije el peso estándar al extremo libre de la viga en voladizo para controlar la entrada de fuerza concentrada. Lea los datos utilizando un indicador de medidor de tensión convencional con un método de conexión de cuarto de puente.</li>
	<li>Sustituya el medidor de tensión por los amplificadores ABS y nylon en la misma ubicación.</li>
	<li>Conecte la lente PDMS a la cámara del smartphone con un sensor de 8 megapíxeles a una distancia de enfoque de 29 mm. Ajuste la distancia focal de la cámara hasta obtener una imagen clara. Lea el desplazamiento del puntero utilizando el microscopio PDMS.</li>
	<li>Repita los pasos 3.5 y 3.6, estableciendo la carga en 1 N, 2 N, 3 N, 4 N y 5 N cada vez.</li>
</ol>4. Análisis de elementos finitos
<ol><li>Establecer modelos de elementos finitos 3D de las piezas de nylon y ABS para la medición de tensión (ver Tabla de Materiales para el software utilizado). Importe la viga en voladizo y el mecanismo de amplificación en la biblioteca de materiales del software y simule sus posiciones de colocación.</li>
	<li>Analice las propiedades mecánicas del puntero del mecanismo de amplificación bajo la acción de una viga en voladizo.</li>
	<li>Genere mallas para su uso en modelos geométricos 3D utilizando elementos tetraédricos con un tamaño de elemento fino. Refinar las bisagras de flexión, especialmente la bisagra entre el puntero y los otros cuerpos. NOTA: Los módulos Young de elasticidad utilizados para aluminio, nylon y ABS fueron 69 GPa, 2 GPa y 2.3 GPa, respectivamente. Las relaciones de Poisson utilizadas para aluminio, nylon y ABS fueron 0.33, 0.44 y 0.394, respectivamente.</li>
	<li>Aplique una fuerza concentrada de 1 N en el centro del extremo libre de la viga en voladizo. Repita con 2 N, 3 N, 4 N y 5 N.</li>
</ol>

<ol><li>Laramore, D., Walter, W., Bahadori, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+a+micro-nuclear-mechanical+system+for+strain+measurement%5BTitle%5D)+AND+%22Radiation+Physics+and+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Design of a micro-nuclear-mechanical system for strain measurement.</a> Radiation Physics and Chemistry. 155 (8), 209-212 (2019).</li>
<li>Hu, D., Song, B., Dang, L., Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+strain+rate+on+mechanical+properties+of+the+bamboo+material+under+quasi-static+and+dynamic+loading+condition%5BTitle%5D)+AND+%22Composite+Structures%22%5BJournal%5D)">Effect of strain rate on mechanical properties of the bamboo material under quasi-static and dynamic loading condition.</a> Composite Structures. 200 (4), 635-646 (2018).</li>
<li>Mattana, G., Briand, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+printed+sensors+on+foil%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%22%5BJournal%5D)">Recent advances in printed sensors on foil.</a> Materials Today. 19 (2), 88-99 (2016).</li>
<li>Laramore, D., McNeil, W., Bahadori, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+a+micro-nuclear-mechanical+system+for+strain+measurement%5BTitle%5D)+AND+%22Radiation+Physics+and+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Design of a micro-nuclear-mechanical system for strain measurement.</a> Radiation Physics and Chemistry. 281, 258-263 (2018).</li>
<li>Enser, H., Sell, J. K., Hilber, W., Jakoby, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Printed+strain+sensors+in+organic+coatings%3A+In+depth+analysis+of+sensor+signal+effects%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%3A+Physical%22%5BJournal%5D)">Printed strain sensors in organic coatings: In depth analysis of sensor signal effects.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 19 (2), 88-99 (2016).</li>
<li>Kelb, C., Reithmeier, E., Roth, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Foil-integrated+2D+Optical+Strain+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+Technology%22%5BJournal%5D)">Foil-integrated 2D Optical Strain Sensors.</a> Procedia Technology. 15, 710-715 (2014).</li>
<li>Osborn, W., Friedman, L. H., Vaudin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain+measurement+of+3D+structured+nanodevices+by+EBSD%5BTitle%5D)+AND+%22Ultramicroscopy%22%5BJournal%5D)">Strain measurement of 3D structured nanodevices by EBSD.</a> Ultramicroscopy. 184, 88(2018).</li>
<li>Liu, F., Guo, C., Xin, R., Wu, G., Liu, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+the+reliability+of+twin+variant+analysis+in+Mg+alloys+by+in+situ+EBSD+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnesium+and+Alloys%22%5BJournal%5D)">Evaluation of the reliability of twin variant analysis in Mg alloys by in situ EBSD technique.</a> Journal of Magnesium and Alloys. 150 (4), 184-198 (2019).</li>
<li>Lin, X., Zhang, H., Guo, Z., Chang, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain+engineering+of+friction+between+graphene+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Tribology+International%22%5BJournal%5D)">Strain engineering of friction between graphene layers.</a> Journal of Tribology International. 131 (8), 686-693 (2019).</li>
<li>Shingo, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-range+measurement+of+Rayleigh+scatter+signature+beyond+laser+coherence+length+based+on+coherent+optical+frequency+domain+reflectometry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Long-range measurement of Rayleigh scatter signature beyond laser coherence length based on coherent optical frequency domain reflectometry.</a> Journal of Optics Express. 24 (17), 19651(2016).</li>
<li>Davis, C., Tejedor, S., Grabovac, I., Kopczyk, J., Nuyens, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Strain+Fiber+Bragg+Gratings+for+Structural+Fatigue+Testing+of+Military+Aircraft%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Photonic+Sensors%22%5BJournal%5D)">High-Strain Fiber Bragg Gratings for Structural Fatigue Testing of Military Aircraft.</a> Journal of Photonic Sensors. 2 (3), 215-224 (2012).</li>
<li>Peng, J., Jia, S., Jin, Y., Xu, S., Xu, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+investigation+of+a+sensitivity-enhanced+fiber+Bragg+Grating+sensor+for+micro-strain+measurement%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sensors+and+Actuators%22%5BJournal%5D)">Design and investigation of a sensitivity-enhanced fiber Bragg Grating sensor for micro-strain measurement.</a> Journal of Sensors and Actuators. 285, 437-447 (2019).</li>
<li>Hong, C. Y., Zhang, Y. F., Yang, Y. Y., Yuan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+FBG+based+displacement+transducer+for+small+soil+deformation+measurement%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%3A+Physical%22%5BJournal%5D)">An FBG based displacement transducer for small soil deformation measurement.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 286, 35-42 (2019).</li>
<li>Sánchez, D. Z., Gresil, M., Soutis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distributed+internal+strain+measurement+during+composite+manufacturing+using+optical+fibre+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Distributed internal strain measurement during composite manufacturing using optical fibre sensors.</a> Composites Science and Technology. 120, 49-57 (2015).</li>
<li>Castillo, D. R., Allen, T., Henry, R., Giffith, M., Ingham, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+image+correlation+%28DIC%29+for+measurement+of+strains+and+displacements+in+coarse%2C+low+volume-fraction+FRP+composites+used+in+civil+infrastructure%5BTitle%5D)+AND+%22Composite+Structures%22%5BJournal%5D)">Digital image correlation (DIC) for measurement of strains and displacements in coarse, low volume-fraction FRP composites used in civil infrastructure.</a> Composite Structures. 212 (10), 43-57 (2019).</li>
<li>Badadani, V., Sriranga, T. S., Srivatsa, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+Uncertainty+in+Digital+Image+Correlation+Technique+for+Strain+Measurement%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%3A+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Analysis of Uncertainty in Digital Image Correlation Technique for Strain Measurement.</a> Materials Today: Proceedings. 5 (10), 20912-20919 (2018).</li>
<li>Gao, C., Zhang, Z., Amirmaleki, M., Tam, J., Sun, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+strain+mapping+of+GO+nanosheets+under+in+situ+TEM+tensile+testing%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Materials+Today%22%5BJournal%5D)">Local strain mapping of GO nanosheets under in situ TEM tensile testing.</a> Applied Materials Today. 14, 102-107 (2018).</li>
<li>Chine, C. H., Su, T. H., Huang, C. J., Chao, Y. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+digital+image+correlation+%28DIC%29+to+sloshing+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+and+Lasers+in+Engineering%22%5BJournal%5D)">Application of digital image correlation (DIC) to sloshing liquids.</a> Optics and Lasers in Engineering. 115, 42-52 (2019).</li>
<li>Zhang, F., Chen, Z., Zhong, S., Chen, H., Wang, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain+measurement+of+particle+reinforced+composites+at+microscale%3A+an+approach+towards+concurrent+characterization+of+strain+and+microstructure%5BTitle%5D)+AND+%22Micron%22%5BJournal%5D)">Strain measurement of particle reinforced composites at microscale: an approach towards concurrent characterization of strain and microstructure.</a> Micron. , (2019).</li>
<li>Vogel, J. H., Lee, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+two-view+method+for+determining+strain+distributions+on+deformed+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Shaping+Technology%22%5BJournal%5D)">An automated two-view method for determining strain distributions on deformed surfaces.</a> Journal of Materials Shaping Technology. 6 (4), 205-216 (1988).</li>
<li>Zymelka, D., Yamashita, T., Takamatsu, S., Kobayashi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thin-film+flexible+sensor+for+omnidirectional+strain+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sensors+and+Actuators%22%5BJournal%5D)">Thin-film flexible sensor for omnidirectional strain measurements.</a> Journal of Sensors and Actuators. 263, 391-397 (2017).</li>
<li>Li, R., Zhang, K., Cai, L., Chen, G., He, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+stretchable+ionic+conducting+hydrogels+for+strain%2Ftactile+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Highly stretchable ionic conducting hydrogels for strain/tactile sensors.</a> Polymer. 167 (12), 154-158 (2019).</li>
<li>Liu, H., Macqueen, L. A., Usprech, J. F., Maleki, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microdevice+arrays+with+strain+sensors+for+3D+mechanical+stimulation+and+monitoring+of+engineered+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Microdevice arrays with strain sensors for 3D mechanical stimulation and monitoring of engineered tissues.</a> Biomaterials. 172, 30-40 (2018).</li>
<li>Bolotin, K. I., Sikes, K. J., Jiang, Z., Stormer, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrahigh+electron+mobility+in+suspended+Graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Solid+State+Communications%22%5BJournal%5D)">Ultrahigh electron mobility in suspended Graphene.</a> Solid State Communications. 146 (9-10), 351-355 (2008).</li>
<li>Smith, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromechanical+piezoresistive+sensing+in+suspended+graphene+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Electromechanical piezoresistive sensing in suspended graphene membranes.</a> Nano Letters. 13 (7), 3237-3242 (2013).</li>
<li>Zhao, J., Wang, G., Yang, R., Lu, X., Cheng, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+piezoresistivity+of+nanographene+films+for+strain+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Tunable piezoresistivity of nanographene films for strain sensing.</a> ACS Nano. 9 (2), 1622-1629 (2015).</li>
<li>Bae, S. H., Lee, Y. B., Sharma, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene-based+transparent+strain+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Graphene-based transparent strain sensor.</a> Carbon. 51, 236-242 (2013).</li>
<li>Boland, C. S., Khan, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensitive+electromechanical+sensors+using+viscoelastic+graphene+polymer+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Sensitive electromechanical sensors using viscoelastic graphene polymer nanocomposites.</a> Science. 354 (6317), 1257-1260 (2016).</li>
<li>Sung, Y. L., Jeang, J., Lee, C. H., Shih, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabricating+optical+lenses+by+inkjet+printing+and+heat-assisted+in+situ+curing+of+polydimethylsiloxane+for+smartphone+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Fabricating optical lenses by inkjet printing and heat-assisted in situ curing of polydimethylsiloxane for smartphone microscopy.</a> Journal of Biomedical Optics. 20 (4), 047005(2015).</li>
</ol>

Los autores no declaran intereses contradictorios.

El desplazamiento de salida evolucionó linealmente con la fuerza concentrada en el extremo libre de la viga voladiza y fue consistente con las simulaciones FEA. La sensibilidad de los amplificadores era de 36,55 a 0,53 o/m para el nylon y de 36,03 a 1,34 o 1,34 o 1,34 o 1,34 o /m para el ABS. La sensibilidad estable confirmó la viabilidad y la eficacia de la prototipado rápida de sensores de alta precisión mediante impresión 3D. Los amplificadores tenían una alta sensibilidad y estaban libres de interferencia electromagn...

La obtención de materiales ligeros pero fuertes es particularmente importante en la industria moderna. Las propiedades de los materiales se ven afectadas cuando se someten a tensión, presión, torsión y vibración de flexión durante el uso1,2. Por lo tanto, la medición de la tensión de los materiales es importante para analizar su durabilidad y solucionar problemas de uso. Estas mediciones permiten a los ingenieros analizar la durabilidad de los materiales y solucionar problemas de producción. El método de medición de deformación unitaria más común en la industria utiliza sensores de tensión3. Los sensores de lámina tradicionales son ampliamente utilizados debido a su bajo costo y buena confiabilidad4. Miden los cambios en las señales eléctricas y los convierten en diferentes señales de salida5,6. Sin embargo, este método deja fuera los detalles del perfil de tensión en el objeto medido y es susceptible al ruido de interferenciaelectromagnética vibratoria con señales analógicas. El desarrollo de métodos de medición de deformación unitaria de material precisos, altamente repetibles y fáciles es importante en la ingeniería. Por lo tanto, se están estudiando otros métodos.
En los últimos años, los nanomateriales han sustraído mucho interés por parte de los investigadores. Para medir la tensión en objetos pequeños, Osborn et al.7,8 propusieron un método para medir la tensión de nanomateriales 3D utilizando retrodispersión de electrones (EBSD). Utilizando la dinámica molecular, Lina et al.9 investigaron la ingeniería de tensión de fricción entre capas del grafeno. Las mediciones distribuidas de la tensión de fibra óptica utilizando espectroscopía de retrodispersión (RBS) de Rayleigh se han utilizado ampliamente en la detección de fallas y para la evaluación de dispositivos ópticos debido a su alta resolución espacial y sensibilidad10. Los sensores de tensión distribuidos de fibra óptica (FBG)11y12 han sido ampliamente utilizados para la medición de tensión de alta precisión13 por su sensibilidad a la temperatura y la tensión. Con el fin de monitorear los cambios de tensión causados por el curado después de la inyección de resina, Sanchez et al.14 incrustaron un sensor de fibra óptica en una placa de fibra de carbono epoxi y midieron el proceso de deformación unitaria completo. El contraste de interferencia diferencial (DIC) es un potente método de medición de la deformación de campo15,16,17 que también se utiliza ampliamente18. Al comparar los cambios de los niveles de gris de superficie medidos en las imágenes recopiladas, se analiza la deformación y se calcula la tensión. 19 propusieron un método que se basa en la introducción de partículas reforzadas e imágenes DIC para evolucionar a partir de la DIC tradicional. Vogel y Lee20 calcularon los valores de deformación unitaria utilizando un método automático de dos vistas. En los últimos años, esto permitió la observación simultánea de microestructuras y la medición de deformación unitaria en compuestos reforzados con partículas. Los sensores de tensión tradicionales solo miden eficazmente la tensión en una dirección. 21 propusieron un sensor de tensión flexible omnidireccional que mejora un método de medidor de tensión tradicional mediante la detección de cambios en la resistencia del sensor. También es posible medir la tensión utilizando sustancias biológicas o químicas. Por ejemplo, los hidrogeles conductores iónicos son una alternativa eficaz a los sensores de tensión/táctiles debido a sus buenas propiedades de tracción y alta sensibilidad22,23. El grafeno y sus compuestos tienen excelentes propiedades mecánicas y proporcionan una alta movilidad portadora junto con una buena piezoresistividad24,25,26. En consecuencia, los sensores de tensión a base de grafeno se han utilizado ampliamente en el monitoreo electrónico de la salud de la piel, electrónica portátil y otros campos27,28.
En este trabajo, se presenta una medición de tensión conceptual utilizando un microscopio de polidimetilsiloxano (PDMS) y un sistema de amplificación. El dispositivo es diferente de un medidor de tensión tradicional porque no requiere cables ni conexiones eléctricas. Además, el desplazamiento se puede observar directamente. El mecanismo de amplificación se puede colocar en cualquier lugar del objeto probado, lo que aumenta considerablemente la repetibilidad de las mediciones. En este estudio, un sensor y un amplificador de tensión fueron fabricados por la tecnología de impresión 3D. Primero mejoramos la impresora 3D para aumentar su eficiencia para nuestros requisitos. Un dispositivo de extrusión esférica fue diseñado para reemplazar el extrusor tradicional de un solo material controlado por el software de corte para completar la conversión de las boquillas de metal y plástico. Se cambió la plataforma de moldeo correspondiente, y se integraron el dispositivo de sensor de desplazamiento (amplificador) y el dispositivo de lectura (microscopio PDMS).

<table><tbody><tr>Fábrica <td></td> de <td>productos eléctricos de plástico ABS Hengli dejian</td><td>Se utiliza para imprimir alambre de 1,75 mm de diámetro para el mecanismo de amplificación</td><td></td></tr> <tr>Barra <td></td><td></td> de<td>aluminio 6063 T83</td><td>La longitud, el ancho y el grosor de la viga en voladizo son de 380 mm, 51 mm y 3,8 mm.</td></tr><tr><td>ANSYS</td><td>ANSYS</td><td>ANSYS 14.5</td><td></td></tr><tr><td>CURA</td><td>Ultimaker</td><td>Cura 3.0</td><td>Slicing softare, utilizando con la impresora 3D mejorada</td></tr><tr><td>El agente de curado</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>PDMS y el agente de curado se mezclan con la relación de peso de 10:1</td></tr><tr><td>Dispositivo de conducción</td><td>Xinmingtian</td><td>E00</td><td></td></tr><tr><td>Impresora 3D mejorada y accesorios</td><td></td><td></td><td>Hecho por mí mismo. Se adopta la plataforma elevadora esférica giratoria. La plataforma elevadora esférica está equipada con una boquilla y una pipeta, que se pueden cambiar e imprimir libremente. Con una plataforma de impresión giratoria, la temperatura de la plataforma se puede controlar libremente.</td></tr><tr><td>iPhone 6</td><td>Apple</td><td>MG4A2CH/A</td><td>sensor de 8 megapíxeles y la distancia de enfoque equivalente es de 29 mm</td></tr><tr><td>Agitador Magenetic</td><td>SCILOGEX</td><td>MS-H280-Pro</td><td></td></tr><tr><td>Nylon</td><td>Hengli dejian</td> fábrica de productos <td></td> eléctricos de plástico <td>Se utiliza para imprimir alambre de 1,75 mm de diámetro para el mecanismo de amplificación</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td>SYLGARDDC184</td><td>Después de que la mezcla viscosa se calienta y endurece, se puede combinar con el dispositivo de amplificación de lentes del teléfono móvil para la adquisición de imágenes.</td></tr><tr><td>Analizador de formas</td><td>Gltech</td><td>SURFIEW 4000</td><td></td></tr><tr><td>Solidworks</td><td>Dassault Systems</td><td>Solidworks 2017</td><td>Ayuda a la modelización</td></tr><tr><td>VISHAY galga extensométrica</td><td>Vishay</td><td></td><td>Se utiliza para medir la deformación producida en el experimento.</td></tr><tr><td>Indicador de galgas extensométricas VISHAY</td><td></td><td></td><td>Adquisición de datos de deformación.</td></tr></tbody></table>

producción de un dispositivo de medición de tensión con una impresora 3d mejorada

Production of a Strain-Measuring Device with an Improved 3D Printer

Un sensor de medición de tensión tradicional debe electrificarse y es susceptible a interferencias electromagnéticas. Con el fin de resolver las fluctuaciones en la señal eléctrica analógica en una operación de medidor de tensión tradicional, se presenta un nuevo método de medición de tensión aquí. Utiliza una técnica fotográfica para mostrar el cambio de tensión amplificando el cambio del desplazamiento del puntero del mecanismo. Se añadió una lente visual de polidimetilsiloxano (PDMS) con una distancia focal de 7,16 mm a una cámara de teléfono inteligente para generar un grupo de lentes que actúa como un microscopio para capturar imágenes. Tenía una distancia focal equivalente de 5,74 mm. Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) y amplificadores de nylon se utilizaron para probar la influencia de diferentes materiales en el rendimiento del sensor. La producción de los amplificadores y la lente PDMS se basa en la tecnología de impresión 3D mejorada. Los datos obtenidos se compararon con los resultados del análisis de elementos finitos (FEA) para verificar su validez. La sensibilidad del amplificador ABS era de 36,03 a 1,34 o/m, y la sensibilidad del amplificador de nylon era de 36,55 a 0,53 o de mm.

Cuando la temperatura de la plataforma aumentó, el diámetro de las gotas y el radio de curvatura disminuyeron, mientras que el ángulo de contacto aumentó(Figura 3). Por lo tanto, la distancia focal del PDMS aumentó. Sin embargo, para temperaturas de plataforma por encima de 220 oC, se observó un tiempo de curado muy corto en las gotas, y no pudieron extenderse en forma de plano-convexo. Esto se puede atribuir al área de conexión baja cuando se adhiere a una cámara de teléfono inteligente. Po...

Este trabajo presenta un sensor de medición de tensión que consiste en un mecanismo de amplificación y un microscopio de polidimetilsiloxano fabricado con una impresora 3D mejorada.

Producción de un dispositivo de medición de tensión con una impresora 3D mejorada

A traditional strain measurement sensor needs to be electrified and is susceptible to electromagnetic interference. In order to solve the fluctuations in ...

La fabricación de líquido sólido en dos fases también se puede aplicar a la fabricación de materiales estructurales de microesfera en diversos campos de estudio, incluidos los sectores de electrónica, biofarmacéutica, energía y defensa. Este sistema no requiere cables ni conexión eléctrica y permite medir una amplia gama de aplicaciones relacionadas con la deformación de la microestructura. Antes de comenzar el procedimiento, construya una plataforma experimental que incluya una impresora 3D modificada, un indicador de medidor de tensión, un dispositivo de conducción, un marco de soporte, una barra de aluminio, una lente PDMS, un teléfono inteligente, pesas, un amplificador impreso y un medidor de tensión.Establezca la altura de la capa de nylon en la impresora en 0,05 milímetros. Ajuste el diámetro del cabezal de impresión a 0,2 milímetros y establezca la temperatura de la boquilla en 220 grados Centígrados. Establezca la velocidad de impresión en 2000 milímetros por minuto.Ajuste la orientación del cabezal de extrusión esférica para que la boquilla metálica se dirija a la plataforma de baja temperatura e imprima un contorno para garantizar una extrusión normal. A continuación, cuelgue el nylon en la columna. El extremo frontal debe entrar en el recipiente de la bobina de impresión para ser fundido por la boquilla de metal.Para ensamblar el microscopio PDMS, utilice un agitador magnético para mezclar una relación de peso de 10 a una de las soluciones de precursores de PDMS para el agente de curado y desgasificar la mezcla durante 40 minutos. Una vez eliminadas todas las burbujas, vierta la mezcla en el recipiente PDMS del cabezal de extrusión esférica y gire el cabezal y la plataforma de extrusión esférica para que la boquilla de plástico se enfrente a la plataforma de alta temperatura. Ajuste el incremento de la boquilla de plástico a 50 microlitros y utilice la rotación de la boquilla y el motor paso a paso en el eje Z para colocar el extremo inferior del dispositivo de pipeta a 20 milímetros del molde.A continuación, caliente la plataforma de alta temperatura y apriete el contenedor PDMS para imprimir la lente PDMS. Cuando la lente PDMS impresa se haya enfriado a temperatura ambiente, utilice pinzas de goma para extraerla de la impresora. Para realizar una medición de tensión de prueba de carga, utilice tuercas y pernos para fijar un extremo de una barra de aluminio de 380 por 51 por 3,8 milímetros 6063-T83 a la mesa de operaciones y dibuje una cruz en el centro y 160 milímetros desde el extremo libre del haz de voladizo.Para eliminar la capa de óxido en la viga, pula la superficie con papel de lija fino en un ángulo de aproximadamente 45 grados desde la dirección de la rejilla de alambre del medidor de tensión. Utilice lana de algodón empapada en acetona para limpiar la superficie de la viga en voladizo lijada y la superficie de la pasta del medidor de tensión. A continuación, conecte el dispositivo de conducción y el indicador del medidor de tensión y encienda la alimentación.A continuación, monte un medidor de tensión en la superficie central de la barra de aluminio en su extremo fijo y fije un peso estándar al extremo libre de la viga voladiza para controlar la entrada de fuerza concentrada. Registre una lectura de línea base utilizando un indicador de gal indicador de tensión convencional con un método de conexión de cuarto de puente antes de reemplazar el medidor de tensión por un amplificador de nylon. Conecte la lente PDMS a una cámara de smartphone con un sensor de ocho megapíxeles a una distancia de enfoque de 29 milímetros y ajuste la distancia focal de la cámara hasta obtener una imagen clara.A continuación, utilice el microscopio PDMS para leer el desplazamiento del puntero. Para realizar un análisis de elementos finitos, importe el haz en voladizo y el mecanismo de amplificación en la biblioteca de materiales del software y simule sus posiciones de colocación. Analice las propiedades mecánicas del puntero del mecanismo de amplificación bajo la acción de una viga en voladizo y utilice elementos tetraédricos con un tamaño de elemento fino para generar mallas para su uso en modelos geométricos 3D.A continuación, refinar las bisagras de flexión, especialmente la bisagra entre el puntero y los otros cuerpos, y aplicar una fuerza concentrada de un newton al centro del extremo libre de la viga en voladizo. A medida que aumenta la temperatura de la plataforma, el diámetro de la gota y el radio de curvatura disminuyen, y el ángulo de contacto aumenta. Aquí se muestra una comparación de la medición de desplazamiento experimental con las simulaciones FEA para nylon, mientras que este gráfico ilustra las discrepancias mínimas y máximas entre las pendientes para ABS.En este experimento representativo, se determinaron las sensibilidades de medición para nylon y ABS. Controlar la temperatura de moldeo de la lente PDMS es difícil. Utilizamos un termómetro de radiación infrarroja sin contacto y una plataforma de alta temperatura para garantizar que los cambios de temperatura estén dentro de la tolerancia.Este método de fabricación sólido-líquido también se puede aplicar a estudios en el campo de los biofarmacéuticos, particularmente para la preparación de estructuras de microesfera.

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Ingeniería

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Un dispositivo de microfluidos para el estudio de varias cepas distintas

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Aquí presentamos un protocolo para construir una bomba de jeringa de presión controlada para ser utilizado en aplicaciones de microfluídica. Esta bomba de la jeringuilla se hace de un cuerpo aditiva fabricado estándar hardware y electrónica de código abierto. El sistema resultante es bajo costo, fácil de construir y suministra fluido bien regulado para permitir investigación de microfluidos rápido.

Tridimensional de la impresión de materiales termoplásticos para crear automatizado de bombas de la jeringuilla con retroalimentación de Control para aplicaciones de microfluídica

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El objetivo de este trabajo es diseñar y construir una impresora tridimensional de extrusión de fusión basada en reservorios hecha de componentes de código abierto y de bajo costo para aplicaciones en las industrias biomédica y de impresión de alimentos.

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Impresión 3D de bacterias para estudiar la motilidad y el crecimiento en medios porosos 3D complejos

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Aquí presentamos un dispositivo novedoso que aplica formas de onda de deformación isotrópicas y uniaxiales a las células, al tiempo que apoya el cultivo en sustratos con rigidez sintonizable y matrices proteicas personalizables. Esta plataforma sencilla y económica permite a los investigadores investigar cómo las señales mecánicas regulan la función celular tanto en estudios fundamentales como en contextos relevantes para enfermedades.

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Producción de un dispositivo de medición de tensión con una impresora 3D mejorada

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