Produzione di un dispositivo di misurazione della deformazione con una stampante 3D migliorata

La fabbricazione bifase solido-liquido può essere applicata anche alla produzione di materiali strutturali della microsfera in vari campi di studio, tra cui i settori dell'elettronica, biofarmaceutica, energetica e della difesa. Questo sistema non richiede fili o connessione elettrica e consente di misurare un'ampia gamma di applicazioni relative alla deformazione della microstruttura. Prima di iniziare la procedura, costruire una piattaforma sperimentale che includa una stampante 3D modificata, un indicatore di deformazione, un dispositivo di guida, un telaio di supporto, una barra di alluminio, un obiettivo PDMS, uno smartphone, pesi, un amplificatore stampato e un misuratore di deformazione.

Impostare l'altezza dello strato di nylon nella stampante su 0,05 millimetri. Impostare il diametro della testa di stampa su 0,2 millimetri e impostare la temperatura dell'ugello su 220 gradi Celsius. Impostare la velocità di stampa su 2000 millimetri al minuto.

Regolate l'orientamento della testa di estrusione sferica in modo che l'ugello metallico sia affacciato sulla piattaforma a bassa temperatura e stampate un contorno per garantire una normale estrusione. Quindi appendi il nylon sulla colonna. L'estremità anteriore deve entrare nel contenitore della bobina di stampa per essere fuso dall'ugello metallico.

Per assemblare il microscopio PDMS, utilizzare un agitatore magnetico per mescolare un rapporto di peso da 10 a uno del precursore PDMS alla soluzione di agente polimerizzante e de-gasare la miscela per 40 minuti. Una volta rimosse tutte le bolle, versare la miscela nel contenitore PDMS della testa di estrusione sferica e ruotare la testa e la piattaforma di estrusione sferica in modo che l'ugello di plastica sia a faccia con la piattaforma ad alta temperatura. Impostare l'incremento dell'ugello in plastica su 50 microlitri e utilizzare la rotazione dell'ugello e il motore stepper nell'asse Z per posizionare l'estremità inferiore del dispositivo pipetta a 20 millimetri di distanza dallo stampo.

Quindi riscaldare la piattaforma ad alta temperatura e spremere il contenitore PDMS per stampare l'obiettivo PDMS. Quando l'obiettivo PDMS stampato si è raffreddato a temperatura ambiente, utilizzare una pinzetta in gomma per rimuoverlo dalla stampante. Per eseguire una misurazione della deformazione di prova di carico, utilizzare dadi e bulloni per fissare un'estremità di un 380 per 51 per 3,8 millimetri di alluminio 6063-T83 bar al tavolo operatorio e disegnare una croce al centro e 160 millimetri dall'estremità libera della trave a sbalzo.

Per rimuovere lo strato di ossido sulla trave, lucidare la superficie con carta vetrata fine con un angolo di circa 45 gradi dalla direzione della griglia del filo dello scartamento. Utilizzare cotone idrofilo imbevuto di acetone per pulire la superficie del fascio di sbalzi levigato e la superficie della pasta di estensimetro. Quindi collegare il dispositivo di guida e l'indicatore dello scartamento e accendere l'alimentazione.

Successivamente, montare un misuratore di deformazione sulla superficie centrale della barra di alluminio all'estremità fissa e fissare un peso standard all'estremità libera del fascio a sbalzo per controllare l'ingresso di forza concentrato. Registrare una lettura di base utilizzando un indicatore di misura dello sforzo convenzionale con un metodo di connessione a quarto di ponte prima di sostituire l'estensimetro con un amplificatore in nylon. Collegare l'obiettivo PDMS a una fotocamera per smartphone con un sensore da otto megapixel a una distanza di messa a fuoco di 29 millimetri e regolare la lunghezza focale della fotocamera fino a ottenere un'immagine chiara.

Quindi utilizzare il microscopio PDMS per leggere lo spostamento del puntatore. Per eseguire un'analisi degli elementi finiti, importare il fascio a sbalzi e il meccanismo di amplificazione nella libreria dei materiali del software e simulare le loro posizioni di posizionamento. Analizzare le proprietà meccaniche del puntatore del meccanismo di amplificazione sotto l'azione di un fascio a sbalzi e utilizzare elementi tetraedri con una dimensione dell'elemento fine per generare mesh da utilizzare in modelli geometrici 3D.

Quindi perfezionare le cerniere di flessione, in particolare la cerniera tra il puntatore e gli altri corpi, e applicare una forza concentrata di un newton al centro dell'estremità libera del fascio a sbalzi. Con l'aumento della temperatura della piattaforma, il diametro della goccia e il raggio di curvatura diminuiscono e l'angolo di contatto aumenta. Qui viene mostrato un confronto della misurazione sperimentale dello spostamento con le simulazioni FEA per nylon, mentre questo grafico illustra le discrepanze minime e massime tra le pendenze per l'ABS.

In questo esperimento rappresentativo sono state determinate le sensibilità di misura per nylon e ABS. Controllare la temperatura di stampaggio dell'obiettivo PDMS è difficile. Utilizziamo un termometro a radiazione infrarossa senza contatto e una piattaforma ad alta temperatura per garantire che le variazioni di temperatura siano entro la tolleranza.

Questo metodo di fabbricazione solido-liquido può essere applicato anche agli studi nel campo dei biofarmaci, in particolare per la preparazione di strutture a microsfera.