改良された3Dプリンターを用いた歪み測定装置の製造

サマリー

改良された3Dプリンターを用いて製造された増幅機構とポリジメチルシロキサン顕微鏡からなる歪み測定センサを紹介します。

要約

従来の歪み測定センサーは、電化が必要で、電磁干渉を受けやすい。従来の歪みゲージ動作でアナログ電気信号の変動を解決するために、新しい歪み測定方法が紹介されています。この方法では、機構のポインタ変位の変化を増幅して歪みの変化を表示する写真技術を用いる。焦点距離7.16mmの視覚ポリジメチルシロキサン(PDMS)レンズをスマートフォンカメラに加え、顕微鏡として働くレンズ群を生成して画像をキャプチャしました。それは、5.74 mmの同等の焦点距離を有し、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)とナイロンアンプは、センサ性能に異なる材料の影響をテストするために使用しました。アンプとPDMSレンズの生産は、改良された3Dプリント技術に基づいています。得られたデータを有限要素解析(FEA)の結果と比較し、その有効性を検証した。ABSアンプの感度は36.03±1.34μm/μmで、ナイロン増幅器の感度は36.55±0.53με/μmであった。

概要

光だが強い材料を得ることは、現代の産業において特に重要である。材料の特性は^{、使用中の}応力、圧力、トーション、曲げ振動を^1,2で受けた場合に影響を受けます^。そのため、材料のひずみ測定は、その耐久性を分析し、使用法をトラブルシューティングする上で重要です。このような測定により、エンジニアは材料の耐久性を分析し、生産上の問題をトラブルシューティングすることができます。業界で最も一般的な歪み測定方法は、歪みセンサ³を使用しています。従来のフォイルセンサは、低コストで信頼性の高い⁴で広く使用されています。電気信号の変化を測定し、それらを異なる出力信号^5,6に変換します。しかし、この方法では、測定対象物の歪みプロファイルの詳細が省け、アナログ信号による振動電磁干渉によるノイズの影響を受けやすくなります。正確で再現性が高く、容易な材料ひずみ測定方法の開発は、エンジニアリングにおいて重要です。したがって、他の方法が研究されている。

近年、ナノ材料は研究者から多くの関心を集めています。小物の歪みを測定するために、オスボーンら

プロトコル

1. 増幅機構の組み立て

1. 図1に示すように、改良された3Dプリンタ、歪みゲージインジケータ、駆動装置、支持フレーム、アルミバー、PDMSレンズ、スマートフォン、重み、印刷増幅器(補足図1)、および歪みゲージを含む実験用プラットフォームを構築する。
2. プリンタの各層の高さをナイロンの場合は 0.05 mm、ABS の場合は 0.2 mm に設定します。ナイロンの場合はノズルの温度を220°C、ABSの場合は100°Cに設定します。最後に、印刷速度をナイロンの場合は 2,000 mm/分、ABS の場合は 3,500 mm/分に設定します。
3. 図 2に示すように、金属ノズルが低温プラットフォームに向くように球状押し出しヘッドの向きを調整し、輪郭を印刷して正常な押し出しを行います。
4. ナイロンとABSをコラムに掛けます。フロントエンドは、金属ノズルで溶融する印刷コイル容器に入る必要があります。

2. PDMS顕微鏡の組み立て

1. 磁気スターラーを使用して、PDMS前駆体と硬化剤を混合し、10:1の重量比を得ます。
2. 40分間脱ガッサーに混合物を入れて気泡を除去し、球状押出ヘッドのPDMS容器に脱気を入れた混合物を....

結果

プラットフォーム温度が上昇すると、液滴径と曲率半径が減少し、接触角が大きくなった(図3)。したがって、PDMS の焦点距離が増加しました。しかし、220°Cを超えるプラットフォーム温度では、液滴に非常に短い硬化時間が認められ、平面凸状にまで伸びることができませんでした。これは、スマートフォンのカメラに付着する場合の低い接続領域に起因することができます。したがって、全ての試験では220°Cで形成された軟レンズのみが拡大鏡として使用された。PDMSレンズの焦点距離は、140^m-1の光学パワーで 7.16 mm であった。液滴径は2.831mm、円錐角は最大46.68°で、約0.40の開口(NA)が20倍の倍率に近い。レンズ群の焦点距離は、f1 ×f2/(f1 + f2 - s)、f1はPDMSレンズの焦点距離、f2_<.......

ディスカッション

出力変位は、片持梁ビームの自由端に集中した力とともに直線的に進化し、FEA シミュレーションと一致していました。アンプの感度は、ナイロンの場合は36.55±0.53με/μm、ABSの場合は36.03±1.34με/μmでした。安定した感度により、3Dプリンティングを用いた高精度センサの迅速な試作の実現可能性と有効性が確認されました。アンプは感度が高く、電磁干渉が発生しなくて良かった。また、シンプルな構造、少量、軽量化を行いました。印刷プロセスでは、層の厚さ、ノズルの直径、供給速度などの複数の変数に基づいて、異なる材料を設定する必要があります。特定の値は、異なるプリンター パラメーターと組み合わせる必要があり、デバッグ手順を繰り返した後に決定されます。この柔軟な製造方法により、実際の作業条件に応じて材料とサイズを瞬時に変更できます。これにより、電気絶縁を追加して防爆を行うことで、性能を向上させることができます。小型化、カスタマイズ生産、高精度変位センサの使用を可能にします。

5.74mmのマクロショットを得るために、レンズ群はPDMSレンズとスマートフォンカメラで構成されていました.......

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
ABS	Hengli dejian プラスチック電気製品工場		増幅機構用直径 1.75 mm のワイヤーの印刷に使用
アルミニウム 6063 T83 バー			カンチレバー ビームの長さ、幅、厚さは 380 mm、51 mm、3.8 mm です。
ANSYS		ANSYS ANSYS 14.5
CURA	Ultimaker	Cura 3.0	スライシングソフトア、改良された3Dプリンターと併用
硬化剤 ダ	ウ・コーニング		PDMSと硬化剤は、10:1の重量比で混合されています
駆動装置	Xinmingtian	E00
改良された3Dプリンターとアクセサリー			自分で作った。回転式球形リフティングプラットフォームを採用。球面リフティングプラットフォームにはノズルとピペットが装備されており、自由に切り替えて印刷できます。ロータリー印刷プラットフォームにより、プラットフォームの温度を自由に制御できます。
iPhone 6	Apple	MG4A2CH/A	8メガピクセルのセンサーと同等の焦点距離は29mm
です Mageneticスターラー	SCILOGEX	MS-H280-Pro
ナイロン	Hengli dejian プラスチック電気製品工場		増幅機構用直径1.75mmのワイヤーの印刷に使用
PDMS	ダウ コーニング	SYLGARDDC184	粘性混合物を加熱して硬化させた後、携帯電話のレンズ増幅装置と組み合わせて画像を取得することができます。
形状アナライザー	Gltech	SURFIEW 4000
Solidworks	Dassault Systems	Solidworks 2017
VISHAYひずみゲージ	Vishay		、実験で生成されたひずみを測定するために使用されます。
VISHAYひずみゲージインジケータ	Vishay		ひずみデータ収集。

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