Name: הפקה של התקן מדידת מתח עם מדפסת תלת-ממד משופרת (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 17 s
Description: למד כיצד לייצר חיישן מדידת מתח באמצעות מדפסת תלת-ממד משופרת עם מיקרוסקופ PDMS. שיטה זו מאפשרת מדידת עיוות מיקרו-מבנה ללא חיבורים חשמליים בתחומי האלקטרוניקה והביופרמצבטיקה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו היתה נתמכת כספית על ידי הקרן הלאומית למדע של סין (גרנט No. 51805009).

1. הרכבת של מנגנון הגברה
<ol><li>לבנות פלטפורמה ניסיונית כולל מדפסת תלת-ממד משופרת, מד מתח מחוון, התקן נהיגה, מסגרת תמיכה, בר אלומיניום, עדשה PDMS, טלפון חכם, משקולות, מגבר מודפס (משלים איור 1), מד זן, כפי שמוצג באיור 1.</li>
	<li>הגדר את הגובה של כל שכבה במדפסת ב 0.05 מ"מ עבור ניילון ו 0.2 mm עבור ABS. הגדר את קוטר ראש ההדפסה ל 0.2 מ"מ בשני המקרים. הגדר את טמפרטורת הזרבובית עד 220 ° צ' עבור ניילון ו 100 ° c עבור ABS. לבסוף, להגדיר את מהירות ההדפסה ל 2,000 mm/min עבור ניילון ו 3,500 mm/min עבור ABS.</li>
	<li>להתאים את הכיוון של הראש ההבלטה כדורי כך זרבובית המתכת פונה לפלטפורמה בטמפרטורה נמוכה ולהדפיס מתאר כדי להבטיח שחול נורמלי, כפי שמוצג באיור 2.</li>
	<li>תלו את הניילון ואת ABS על הטור. החזית חייבת להיכנס מיכל סליל ההדפסה להמיס על ידי זרבובית המתכת.</li>
</ol>2. הרכבה של מיקרוסקופ PDMS
<ol><li>באמצעות שטירר מגנטי, לערבב את הקודמן PDMS ואת הסוכן לריפוי כדי לקבל יחס משקל של 10:1.</li>
	<li>מניחים את התערובת לתוך המיסיג של 40 דקות כדי להסיר בועות ויוצקים את התערובת המגנטיות לתוך מיכל PDMS של הראש ההבלטה כדורי.</li>
	<li>לסובב את הראש ההבלטה כדורי ואת הפלטפורמה כך זרבובית פלסטיק פונה לפלטפורמה בטמפרטורה גבוהה.</li>
	<li>הגדר את התוספת זרבובית פלסטיק ל 50 μL. מניחים את הקצה התחתון של המכשיר הצינורות 20 מ"מ29 הרחק מן העובש באמצעות סיבוב זרבובית ואת מנוע stepper ב-Z ציר.</li>
	<li>הפעל את הצלחת החם כדי לחמם את פלטפורמת הטמפרטורה הגבוהה. הטמפרטורה של הפלטפורמה נשלטת על ידי מדחום של קרינה אינפרא אדום ללא מגע. הערה: מחקר זה בדק טמפרטורות של 140 ° c, 160 ° c, 180 ° צ', 200 ° c, 220 ° c, ו-240 ° c.</li>
	<li>לחץ על הגורם המכיל של PDMS כדי להדפיס את עדשת PDMS.</li>
	<li>מגניב עדשה PDMS לטמפרטורת החדר ולהסיר אותו עם פינצטה גומי.</li>
	<li>קבעו את הפרמטרים הגיאומטריים של העדשה, כולל זווית המגע, העקמומיות רדיוס וקוטר ה-droplet, בעזרת מנתח צורה תלת-מימדי.</li>
</ol>3. מדידת מדידה לטעינת בדיקות בקבוצות הבקרה והבדיקה
<ol><li>השתמש בסרגל עשוי אלומיניום 6063 T83 כמו קרן הזיז. אורך, רוחב, ועובי של קרן הזיז צריך להיות 380 mm x 51 mm x 3.8 mm, בהתאמה. תקן קצה אחד לטבלת ההפעלה עם בריחים ואגוזים.</li>
	<li>צייר צלב במרכז ו 160 מ"מ מהקצה החופשי של קרן הזיז.</li>
	<li>כדי להסיר את שכבת תחמוצת על קרן הזיז, להבריק את המשטח שלה עם נייר זכוכית עדין לפני ההדבקה. הכיוון לטחינת צריך להיות על 45 ° מכיוון הרשת מד המתח תיל. השתמש צמר כותנה ספוגה אצטון לנגב את פני השטח של קרן הזיז ואת פני השטח של מד להתאמץ להדביק.</li>
	<li>חבר את המכשיר המניע את מחוון מד המתח. . הפעל את החשמל השתמש במד זן רכוב על פני השטח המרכזי של סרגל האלומיניום בקצה הקבוע שלה כדי למדוד את שינויי המתח.</li>
	<li>תקן את המשקל הסטנדרטי לקצה החופשי של קרן הזיז כדי לשלוט בקלט הכוח המרוכז. קרא את הנתונים באמצעות מחוון מד מתח קונבנציונלי עם שיטת חיבור של רבע גשר.</li>
	<li>החלף את מד המתח באמצעות ה-ABS ומגבר הניילון באותו מיקום.</li>
	<li>צרף את העדשה PDMS אל מצלמת הטלפון החכם עם חיישן 8 מגה פיקסל במרחק מיקוד של 29 מ"מ. כוונן את אורך המוקד של המצלמה עד שמתקבלת תמונה ברורה. קראו את ההזחה של המצביע בעזרת המיקרוסקופ PDMS.</li>
	<li>חזור על שלבים 3.5 ו-3.6, הגדרת הטעינה ל-1 N, 2 N, 3 N, 4 N ו-5 N בכל פעם.</li>
</ol>4. ניתוח האלמנט הסופי
<ol><li>ליצור מודלים של אלמנט סופי תלת-ממד של ניילון ו-ABS חלקים עבור מדידת המתח (ראה טבלת חומרים עבור תוכנה בשימוש). יבא את קרן הזיז ואת מנגנון הגברה לתוך ספריית החומרים של התוכנה והדמה את עמדות המיקום שלהם.</li>
	<li>לנתח את התכונות המכאניות של מצביע מנגנון הגברה תחת הפעולה של קרן שלוחה.</li>
	<li>יצירת רשתות שינוי לשימוש במודלים גיאומטריים תלת-ממדיים באמצעות אלמנטים טדרדרריים עם גודל אלמנט משובח. מקד את צירי ה-flexure, במיוחד את הציר שבין המצביע לבין הגופים האחרים. הערה: מודוללי הצעיר של אלסטיות המשמש אלומיניום, ניילון, ו-ABS היו 69 ממוצע ציונים, 2 ציונים, ו 2.3 ציונים, בהתאמה. היחס הפואסון המשמש לאלומיניום, ניילון, ו-ABS היו 0.33, 0.44 ו0.394, בהתאמה.</li>
	<li>החלת כוח מרוכז של 1 N למרכז הקצה החופשי של קרן הזיז. חזור עם 2 N, 3 N, 4 N ו-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>

המחברים אינם מצהירים על אינטרסים סותרים.

העקירה פלט התפתחו בצורה קווית עם הכוח מרוכז בקצה החופשי של קרן הזיז והיה עקבי עם הסימולציות המציעות. הרגישות של מגברים היה 36.55 ± 0.53 με/μm עבור ניילון 36.03 ± 1.34 με/μm עבור ABS. רגישות יציבה אישר את הכדאיות ואת האפקטיביות של אבי טיפוס מהירה של חיישנים בדיוק גבוהה באמצעות הדפסה תלת-ממדית. הגברים היו בעלי רגישות גבוהה והיו חופשיים מהפרעות אלקטרומגנטיות. בנוסף, היה להם מבנה פשוט, נפח קטן, ומשקל נמוך. יש להגדיר חומרים שונים באופן שונה בתהליך ההדפסה בהתבסס על משתנים מרובים, כולל עובי השכבה, קוטר החרירים וקצב ההזנה. הערכי...

השגת חומרים קלים אך חזקים במיוחד בתעשייה המודרנית. מאפייני החומרים מושפעים כאשר הם חשופים לחץ, לחץ, פיתול, וכיפוף רטטבמהלךהשימוש 1,2. לפיכך, מדידת המתח של חומרים חשוב לנתח את העמידות שלהם ולפתור שימוש. מדידות אלה מאפשרות למהנדסים לנתח את עמידות החומרים ולפתור בעיות בייצור. המדידה השכיחה ביותר שיטת מדידה בתעשייה משתמשת חיישנים זן3. חיישני רדיד מסורתיים נמצאים בשימוש נרחב בשל עלותו הנמוכה ואמינות טובה4. הם מודדים את השינויים אותות חשמליים ולהמיר אותם אותות פלט שונים5,6. עם זאת, שיטה זו משאירה את הפרטים של פרופיל המתח באובייקט הנמדד והוא חשוף לרעש מהפרעות אלקטרומגנטיות של הפרעה אלקטרומגנטית עם אותות אנלוגיים. פיתוח מדויק, מאוד לשחזור, וקלה חומרים מדידה שיטות חשוב בהנדסה. לכן, שיטות אחרות נחקרו.
בשנים האחרונות, נאנחומרים. התעניינו הרבה בחוקרים כדי למדוד את המתח על אובייקטים קטנים, אוסבורן ואח '7,8 הציע שיטה כדי למדוד את הנבג של 3d ננו באמצעות אלקטרון לפיזור (ebsd). שימוש בדינמיקה מולקולרית, לינה ואח '9 חקרה את הנדסת החיכוך הבין-שכבות של גראפן. סיבים אופטיים מבוזרים להתאמץ מדידות באמצעות ספקטרוסקופית לאחור ריילי (RBS) כבר בשימוש נרחב באיתור תקלות להערכת התקנים אופטיים בשל רזולוציה גבוהה מרחבית ורגישות10. פומפיה סיבים אופטיים (fbg)11,12 חיישנים מבוזרים מפוזרים כבר בשימוש נרחב למדידת דיוק גבוהה מדידה13 עבור הרגישות שלהם לטמפרטורה ולהתאמץ. על מנת לפקח על שינויי המתח שנגרמו על ידי ריפוי לאחר הזרקה שרף, סאנצ'ס ואח '14 מוטבע חיישן סיב אופטי לתוך צלחת פחמן אפוקסי סיבי למדוד את תהליך המתח המלא. ניגודיות הפרעות דיפרנציאליות (DIC) היא שיטת מדידה רבת עוצמה של דפורמציה של השדה15,16,17 הנמצא בשימוש נרחב גם כ-18. על-ידי השוואת השינויים ברמות האפורות של פני השטח הנמדד בתמונות שנאספו, הדפורמציה מנותח והזן מחושב. ג'אנג ואח '19 הציעה שיטה המסתמכת על הקדמה של חלקיקים מחוזקים ותמונות dic כדי להתפתח מ-dic המסורתי. ווגל ולי20 ערכי מאמץ מחושבים באמצעות שיטה אוטומטית בעלת שתי תצוגות. בשנים האחרונות, זה איפשר התבוננות מיקרו מבנה סימולטני ומדידת מאמץ הקומפוזיטורית מחוזק חלקיקים. חיישני מאמץ מסורתיים רק ביעילות למדוד זן בכיוון אחד. Zymelka ואח '21 הציע חיישן זן גמיש רב כיווני המשפר את מד המתח המסורתי השיטה על ידי זיהוי שינויים התנגדות חיישן. ניתן גם למדוד את המתח באמצעות חומרים ביולוגיים או כימיים. לדוגמה, הידרו-ג'ל מוליך ביונית הם חלופה יעילה למתח/חיישנים מישוש עקב תכונות מתיחה טובה שלהם רגישות גבוהה22,23. גראפן והקומפוזיטורית שלה יש תכונות מכניות מעולה ולספק ניידות הספק גבוה יחד עם piezoresistivity טוב24,25,26. כתוצאה מכך, מבוסס גראפן חיישנים להתאמץ כבר בשימוש נרחב ניטור בריאות העור האלקטרוני, אלקטרוניקה לבישים, ושדות אחרים27,28.
בעבודה זו, מדידה מאמץ קונספטואלי באמצעות מיקרוסקופ polydiמתיל siloxane (PDMS) ומערכת הגברה מוצג. המכשיר שונה מד זן מסורתי מכיוון שהוא אינו דורש חוטים או חיבורי חשמל. יתר על כן, העקירה ניתן לצפות ישירות. מנגנון הגברה ניתן למקם בכל מיקום על האובייקט נבדק, אשר מגדיל מאוד את החזרה של המידות. במחקר זה, חיישן ומגבר מאמץ נעשו על ידי טכנולוגיית הדפסה תלת-ממדית. שיפרנו לראשונה את מדפסת תלת-ממד כדי להגביר את יעילותה לדרישות שלנו. מכשיר שחול כדורי תוכנן להחליף את הבלטת ממד המסורתי היחיד שנשלט על-ידי תוכנת הפריסה כדי להשלים את ההמרה של חרירי המתכת והפלסטיק. פלטפורמת היציקה המתאימה השתנתה, והמכשיר לחישה (מגבר) ומכשיר הקריאה (מיקרוסקופ PDMS) שולבו.

<table><tbody><tr>מפעל <td></td><td>מוצרי חשמל מפלסטיק ABS</td><td>Hengli dejian</td><td>משמש להדפסת חוט בקוטר 1.75 מ"מ למנגנון הגברה</td></tr><tr><td>אלומיניום 6063 T83 בר</td><td></td><td></td><td>האורך, הרוחב והעובי של קרן השלוחה הם 380 מ"מ, 51 מ"מ ו-3.8 מ"מ.</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>חיתוך softare, תוך שימוש עם סוכן הריפוי המשופר של מדפסת התלת מימד</td></tr><tr><td></td><td>Dow Corning</td><td></td><td>PDMS וחומר ריפוי מעורבבים עם יחס המשקל של 10:1</td></tr><tr><td>מכשיר נהיגה</td><td>Xinmingtian</td><td>E00</td><td></td></tr><tr><td>מדפסת תלת מימד משופרת ואביזרים</td><td></td><td></td><td>נוצר בעצמי. פלטפורמת ההרמה הכדורית הסיבובית מאומצת. פלטפורמת ההרמה הכדורית מצוידת בזרבובית ופיפטה, הניתנת להחלפה ולהדפסה בחופשיות. עם פלטפורמת הדפסה סיבובית, ניתן לשלוט באופן חופשי על טמפרטורת הפלטפורמה.</td></tr><tr><td>אייפון 6</td><td>Apple</td><td>MG4A2CH/A</td><td>חיישן 8 מגה-פיקסל ומרחק המיקוד המקביל הוא 29 מ"מ</td></tr><tr><td>מערבל Magenetic</td><td>SCILOGEX</td><td>MS-H280-Pro</td><td></td></tr><tr><td>ניילון</td><td>Hengli dejian פלסטיק מוצרי חשמל במפעל</td><td></td><td>משמש להדפסת חוט בקוטר 1.75 מ"מ למנגנון הגברה</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td>SYLGARDDC184</td><td>לאחר חימום והתקשות התערובת הצמיגה, ניתן לשלב אותה עם מכשיר הגברת העדשות של הטלפון הנייד לרכישת תמונה.</td></tr><tr><td>מנתח צורות</td><td>Gltech</td><td>SURFIEW 4000</td><td></td></tr><tr><td>Solidworks</td><td>Dassault Systems</td><td>Solidworks 2017</td><td>סיוע למידול</td></tr><tr><td>מד מתח VISHAY</td><td>Vishay</td><td></td><td>משמש למדידת המתח המיוצר בניסוי.</td></tr><tr><td>אינדיקטור מד מתח VISHAY</td><td>רכישת נתוני מתח</td> <td>Vishay</td><td></td>.</tr></tbody></table>

הפקה של התקן מדידת מתח עם מדפסת תלת-ממד משופרת

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

חיישן מדידה המסורתית צריך להיות מחושמל והוא פגיע הפרעה אלקטרומגנטית. כדי לפתור את התנודות באות החשמל האנלוגי בפעולת מד הזנים המסורתית, מוצגת כאן שיטת מדידה חדשה למדידת זנים. היא משתמשת בטכניקת צילום כדי להציג את שינוי המתח על-ידי הגברה של השינוי של התזוזה של המצביע של המנגנון. ויזואלית polydiמתיל siloxane (PDMS) עדשה עם אורך מוקד של 7.16 mm נוספה למצלמת הטלפון החכם כדי ליצור קבוצה עדשה מתנהג כמיקרוסקופ ללכוד תמונות. היה לו אורך מוקד שווה ערך של 5.74 מ"מ. מגברי אקרילוניטריל (ABS) ומגברים ניילון שימשו כדי לבחון את ההשפעה של חומרים שונים על ביצועי החיישן. הייצור של מגברים ו-PDMS עדשה מבוססת על טכנולוגיית הדפסה תלת-ממדית משופרת. הנתונים שהושגו הושוו עם התוצאות מניתוח האלמנטים הסופיים כדי לאמת את חוקיותן. הרגישות של מגבר ABS היה 36.03 ± 1.34 με/μm, ואת הרגישות של מגבר ניילון היה 36.55 ± 0.53 με/μm.

כאשר טמפרטורת הפלטפורמה גדלה, קוטר ה-droplet והעקמומיות הצטמצמה, ואילו זווית המגע גברה (איור 3). לפיכך, אורך המוקד של ה-PDMS עלה. עם זאת, עבור טמפרטורות פלטפורמה מעל 220 ° c, זמן ריפוי קצר מאוד נצפתה בטיפות, והם לא יכלו להאריך לתוך צורה קמורה מטוס. זה יכול להיות מיוחס לאזור ההחזקה הנמוכה בעת שמירה על מצלמת הטלפון החכם. לכן, רק עדשות רכות שנוצרו ב-220 ° c שימשו כמגהרים בכל הבדיקות. אורך המוקד של העדשה PDMS היה 7.16 מ"מ עבור כוח אופטי של 140 m-1. קוטר ה-droplet היה 2.831 מ"מ וזווית ...

עבודה זו מציגה חיישן מדידה של מתח המורכב של מנגנון הגברה ומיקרוסקופ polydiמתיל siloxane מיוצר באמצעות מדפסת תלת-ממד משופרת.

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

ניתן ליישם את הייצור הדו-פאזי של נוזל מוצק גם על ייצור של חומרים מיקרוספריים מבניים בתחומים שונים של המחקר, כולל מגזרי האלקטרוניקה, הביופארמה, האנרגיה והביטחון. מערכת זו אינה דורשת חוטים או חיבור חשמלי ומאפשרת למדוד מגוון רחב של יישומים הקשורים לדפורמציה מיקרו-מבנית. לפני תחילת ההליך, לבנות פלטפורמה ניסיונית הכוללת מדפסת תלת-ממד שונה, מחוון מד זן, התקן נהיגה, מסגרת תמיכה, מוט אלומיניום, עדשת PDMS, טלפון חכם, משקולות, מגבר מודפס, מד זן.הגדר את גובה שכבת הניילון במדפסת ל- 0.05 מילימטרים. הגדר את קוטר ראש ההדפסה ל-0.2 מילימטרים והגדר את טמפרטורת הזרבובית ל-220 מעלות צלזיוס. הגדר את מהירות ההדפסה ל- 2000 מילימטרים לדקה.התאימו את הכיוון של ראש ההבלטה הכדורי כך שנחיר המתכת פונה לפלטפורמת הטמפרטורה הנמוכה והדפיסו קו מתאר כדי להבטיח שבלט רגיל. ואז לתלות את הניילון על הטור. הקצה הקדמי חייב להיכנס למיכל סליל ההדפסה כדי להיות נמס על ידי חריר המתכת.כדי להרכיב את המיקרוסקופ PDMS, השתמשו במיקסר מגנטי כדי לערבב יחס משקל של 10 ל-1 של מבשר PDMS לריפוי פתרון הסוכן ולירידה בגז של התערובת למשך 40 דקות. כאשר כל הבועות הוסרו, יוצקים את התערובת לתוך מיכל PDMS של ראש ההבלטה הכדורית ומסובבים את ראש ההבלטה הכדורי ואת הפלטפורמה כך שזור הפלסטיק פונה לפלטפורמת הטמפרטורה הגבוהה. הגדר את תוספת זרבובית הפלסטיק ל-50 מיקרוליטרים ולהשתמש בסיבוב הזרבובית ומנוע הצעדים בציר Z כדי למקם את הקצה התחתון של התקן הפיפטי במרחק של 20 מילימטרים מהתבנית.לאחר מכן מחממים את פלטפורמת הטמפרטורה הגבוהה וסוחטים את מיכל PDMS כדי להדפיס את עדשת PDMS. כאשר עדשת PDMS המודפסת התקררה לטמפרטורת החדר, השתמש לפינצטה גומי כדי להסיר אותה מהמדפסת. כדי לבצע מדידת זן בדיקת טעינה, השתמש אגוזים וברגים כדי לתקן קצה אחד של 380 על ידי 51 על ידי 3.8 מילימטר אלומיניום 6063-T83 בר לשולחן הניתוחים ולצייר צלב במרכז ו 160 מילימטרים מהקצה החופשי של קרן cantilever.כדי להסיר את שכבת תחמוצת על הקרן, ללטש את פני השטח עם נייר זכוכית עדין בזווית של כ 45 מעלות מכיוון רשת חוט מד המתח. השתמש צמר גפן ספוג אצטון כדי לנגב את פני השטח של קרן cantilever חול ואת פני השטח של הדבק מד המתח. לאחר מכן חבר את התקן הנהיגה ואת מחוון מד המתח והפעיל את הכוח.לאחר מכן, הר מד זן על פני השטח המרכזיים של מוט האלומיניום בקצה הקבוע שלו ותקן משקל סטנדרטי לקצה החופשי של קרן cantilever כדי לשלוט על קלט הכוח המרוכז. הקלט קריאה בסיסית באמצעות מחוון מד זן קונבנציונלי בשיטת חיבור רבע גשר לפני החלפת מד המתח במגבר ניילון. חבר את עדשת PDMS למצלמת הטלפון החכם עם חיישן שמונה מגה פיקסל במרחק מיקוד של 29 מילימטרים ולהתאים את אורך המוקד של המצלמה עד תמונה ברורה מתקבלת.לאחר מכן השתמש במיקרוסקופ PDMS כדי לקרוא את ההנעה של המצביע. כדי לבצע ניתוח אלמנטים סופי, יבא את קרן ה- cantilever ואת מנגנון ההטמה לספריית החומרים של התוכנה והדמיה של מיקומם. לנתח את המאפיינים המכניים של מצביע מנגנון הגברה תחת הפעולה של קרן cantilever ולהשתמש אלמנטים tetrahedral עם גודל אלמנט עדין כדי ליצור רשתות שינוי לשימוש במודלים גיאומטריים תלת-ממדיים.לאחר מכן מקד את צירי הכיפוף, במיוחד את הציר בין המצביע לגופים האחרים, והחיל כוח מרוכז של ניוטון אחד על מרכז הקצה החופשי של קרן ה- cantilever. ככל שטמפרטורת הפלטפורמה עולה, קוטר הירידה ורדיוס העקמומיות יורדים, וזווית המגע עולה. כאן מוצגת השוואה של מדידת התזוזה הניסיונית עם סימולציות FEA עבור ניילון, בעוד גרף זה ממחיש את הפערים המינימליים והמקסימום בין המדרונות עבור ABS.בניסוי מייצג זה נקבעו רגישויות המדידה לניילון ול-ABS. קשה לשלוט בטמפרטורת התבניות של עדשת PDMS. אנו משתמשים במדחחום קרינת אינפרא אדום ללא מגע ובפלטפורמה בטמפרטורה גבוהה כדי להבטיח ששינויי הטמפרטורה יהיה בסובלנות.שיטת ייצור נוזלי מוצק זה יכול להיות מיושם גם על מחקרים בתחום biopharmaceuticals, במיוחד להכנת מבנים מיקרוספרה.

production-of-a-strain-measuring-device-with-an-improved-3d-printer

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מציגים שיטה פשוטה לייצר מכשירים המסוגלים החלת תנאים דינמיים דומים לזנים שונים מרובים microfluidic, ללא צורך בחדר נקי או ליתוגרפיה הרכה.

מכשיר microfluidic ללימוד זני Distinct מרובים

אנחנו פיתחתי שיטה בעלות נמוכה ודיגום מהיר של מכשירי הזרקת גומי אלסטומר נוזל יצוקים באמצעות מדפסות 3D הדוגמנות בתצהיר התמזגו לעיצוב עובש וייבוש שונה כמערכת הזרקת נוזל.

דיגום מהיר ועלות נמוכה של מכשירים רפואיים באמצעות 3D מודפס תבניות להזרקת נוזלים

כאן אנו מציגים פרוטוקול לבנות משאבת מזרק לחץ מבוקר כדי לשמש microfluidic יישומים. זו משאבת מזרק עשוי גוף מתוצרת additively, בחומרה הניתנת לרכישה, אלקטרוניקה פתוח. מערכת המתקבלת היא בעלות נמוכה, פשוט לבנות, ומספק זרימת נוזל מוסדרים היטב כדי לאפשר מחקר microfluidic מהירה.

תלת מימדי הדפסה של חומרים תרמופלסטיים כדי ליצור אוטומטית משאבות מזרק עם בקרת משוב עבור יישומים Microfluidic

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי למדוד את מידת העיוות בכל חלק של הרושם מתחרה הדיגיטלי הנרכש מסורק פנימי עם 3D-מודפס פנטום מתכת עם גיאומטריות סטנדרטיות.

מדידת מלאה-עיוות קשת של חיקוי שיניים אופטי

מאמר זה מתאר שיטה להפיכת מדפסת תלת-ממד מסחרית בעלות נמוכה למדפסת תלת-ממדית חיידקית, היכולה להקל על הדפסה של מאפייני בדוגמת מילוי. כל ההיבטים הנחוצים של הכנת הביופלקטר והביו-דיו מתוארים, כמו גם שיטות אימות להערכת היווצרות ביואילאמים.

המשך תלת-מימדי של ביוריאמים מהונדסים עם מעשה-זה-בעצמך ביורינטר

מטרת העבודה היא לעצב ולבנות מדפסת תלת מימדית מבוססת-מאגר, העשויה מרכיבים בעלי מקור פתוח ובעלות נמוכה עבור יישומים בתעשיות הדפוס הביו-רפואית והמזון.

עיצוב של מקור פתוח, ביודיו בעלות נמוכה ומזון נמס ההבלטה מדפסת תלת-ממד

השיטה המוצגת כוללת מתיחה חד-אקסיאלית של הידרוג'לים רכים תלת-ממדיים המוטמעים בגומי סיליקון תוך מתן אפשרות למיקרוסקופיה קונפוקלית חיה. אפיון של זני הידרוג'ל חיצוניים ופנימיים, כמו גם יישור סיבים מודגמים. המכשיר והפרוטוקול שפותחו יכולים להעריך את התגובה של תאים למשטרי זנים שונים.

זן מבוקר של הידרוג'ל תלת מימדי תחת הדמיה מיקרוסקופית חיה

הדפסה תלת ממדית בקנה מידה מיקרומטרי מאפשרת אב טיפוס מהיר של התקנים פולימריים עבור תרביות תאים עצביים. כהוכחה עקרונית, קשרים מבניים בין נוירונים הוגבלו על ידי יצירת מחסומים וערוצים המשפיעים על צמיחת נוירוטים, בעוד שההשלכות התפקודיות של מניפולציה כזו נצפו על ידי אלקטרופיזיולוגיה חוץ-תאית.

פילמור שני פוטונים הדפסה תלת-ממדית של התקני תרבית תאים עצביים בקנה מידה מיקרוני

פרוטוקול זה מתאר הליך להדפסה תלת-ממדית (תלת-ממדית) של מושבות חיידקים כדי לחקור את תנועתיותן וצמיחתן במטריצות הידרוג'ל נקבוביות תלת-ממדיות מורכבות הדומות יותר לבתי הגידול הטבעיים שלהן מאשר תרביות נוזליות קונבנציונליות או צלחות פטרי.

הדפסת חיידקים בתלת-ממד לחקר תנועתיות וצמיחה במדיה נקבובית תלת-ממדית מורכבת

פרוטוקול זה מציג את התצורה של מכשיר בדיקת דחיסה המסוגל למדוד במדויק את התכונות המכאניות של מיקרו-מבנים באזור המתח הקטן, יחד עם שיטה שיטתית לבדיקות דחיסה באמצעות מכשיר זה. המכשיר המוצע יכול לשמש לניתוח מיקרו-מבנים שונים והתנהגות מכנית של חומרים מבוססי פולימר.

מדידת תגובת מאמץ-עיוות דחיסה בעיוותים קטנים

כאן אנו מציגים מכשיר חדשני שמיישם גלי עיוות איזוטרופיים וחד-ציריים על תאים, תוך תמיכה בתרבות על תת-קרקעיות עם קשיחות מכווננת ומטריצות חלבון מותאמת אישית. פלטפורמה פשוטה וחסכונית זו מאפשרת לחוקרים לחקור כיצד רמזים מכניים מווסתים את תפקוד התאים הן במחקרים בסיסיים והן בהקשרים רלוונטיים למחלות.

פלטפורמה חדשנית למתיחות והדמיה תאית חובנית

למד כיצד לייצר חיישן מדידת מתח באמצעות מדפסת תלת-ממד משופרת עם מיקרוסקופ PDMS. שיטה זו מאפשרת מדידת עיוות מיקרו-מבנה ללא חיבורים חשמליים בתחומי האלקטרוניקה והביופרמצבטיקה.

הפקה של התקן מדידת מתח עם מדפסת תלת-ממד משופרת

גלה סרטונים נוספים