Name: 改良された3Dプリンターを用いた歪み測定装置の製造 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 17 s
Description: 学ぶ 改良3Dプリンターによる歪み測定センサーの製造法。PDMS顕微鏡と増幅機構を統合し、電気配線不要で微細構造の変形を測定する革新的な材料科学技術を習得する。

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この研究は、中国国立科学財団(グラントNo.51805009)によって財政的に支援されました。

1. 増幅機構の組み立て
<ol><li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
	<li>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。</li>
</ol>2. PDMS顕微鏡の組み立て
<ol><li>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。</li>
	<li>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注ぎます。</li>
	<li>プラスチックノズルが高温プラットフォームに面するように球面押出ヘッドとプラットフォームを回転させます。</li>
	<li>プラスチックノズルの増分を50 μLに設定します。ピペット装置の底端を、ノズル回転とステッパモーターをZ軸に使用して、金型から20mm29離れた位置に配置します。</li>
	<li>高温のプラットフォームを加熱するためにホットプレートをオンにします。プラットホームの温度は非接触赤外線の温度計によって制御される。 注:この研究では、140°C、160°C、180°C、200°C、220°C、および240°Cの温度をテストしました。</li>
	<li>PDMSのレンズを印刷するためにPDMSの容器を絞る。</li>
	<li>PDMSレンズを室温まで冷却し、ゴム製ピンセットで取り外します。</li>
	<li>3次元形状アナライザを使用して、接触角、曲率半径、液滴径など、レンズの幾何学的パラメータを決定します。</li>
</ol>3. 制御およびテストグループの負荷試験のためのひずみ測定
<ol><li>片持梁ビームとしてアルミニウム製のバー6063 T83を使用してください。片持梁ビームの長さ、幅、厚さは、それぞれ380 mm x 51 mm x 3.8 mm にする必要があります。ボルトとナットで操作テーブルに一端を固定します。</li>
	<li>中央に十字を描き、片持ち梁の自由な端から160mmを描きます。</li>
	<li>片持ち梁の酸化層を除去するには、貼り付ける前に、その表面を細かいサンドペーパーで磨きます。研削方向は、ひずみゲージのワイヤグリッドの方向から約45°でなければなりません。アセトンに浸したコットンウールを使用して、片持ち梁の表面と歪みゲージペーストの表面を拭きます。</li>
	<li>駆動装置とひずみゲージインジケータを接続します。電源を入れます。歪み変化を測定するために、固定端のアルミニウムバーの中心表面に取り付けられた歪みゲージを使用します。</li>
	<li>標準重量をカンチレバー梁の自由端に固定し、集中力入力を制御します。四半期ブリッジ接続方式で従来のひずみゲージインジケータを使用してデータを読み取ります。</li>
	<li>ひずみゲージをABSアンプとナイロンアンプと同じ場所に交換してください。</li>
	<li>焦点距離29mmの8メガピクセルセンサーでPDMSレンズをスマートフォンカメラに取り付け、鮮明な画像が得られるまでカメラの焦点距離を調整します。PDMS顕微鏡を使用してポインタの変位を読み取ります。</li>
	<li>ステップ 3.5 と 3.6 を繰り返し、荷重を毎回 1 N、2 N、3 N、4 N、5 N に設定します。</li>
</ol>4. 有限要素解析
<ol><li>ひずみ測定用のナイロンおよびABS部品の3D有限要素モデルを確立します(使用するソフトウェアの材料表を参照)。片持梁ビームと増幅機構をソフトウェアのマテリアル ライブラリにインポートし、配置位置をシミュレートします。</li>
	<li>カンチレバービームの作用下で増幅機構ポインタの機械的特性を解析します。</li>
	<li>細かい要素サイズの四面体要素を使用して、3D ジオメトリ モデルで使用するメッシュを生成します。屈曲ヒンジ、特にポインタと他のボディとの間のヒンジをリファインします。 注:アルミニウム、ナイロン、およびABSに使用される弾性のヤング係数はそれぞれ69 GPa、2 GPaおよび2.3 GPaであった。アルミニウム、ナイロン、ABSに使用されるポアソン比はそれぞれ0.33、0.44、0.394でした。</li>
	<li>片持梁梁の自由端の中心に 1 N の集中力を適用します。2 N、3 N、4 N、および 5 N と繰り返します。</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>

著者らは相反する利益を宣言していない。

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...

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7,8は電子後方散乱(EBSD)を用いて3Dナノ材料の歪みを測定する方法を提案した。Lina et al.9は分子動力学を用いてグラフェンの層間摩擦歪工学を調査した。レイリー後方散乱分光法(RBS)を用いた分散光ファイバ歪み測定は、その高い空間分解能および感度10による光デバイスの評価や故障検出に広く用いられている。グレーチング光ファイバ(FBG)11,12分散歪みセンサは、温度および歪みに対する感度の高精度歪み測定13に広く使用されています。樹脂注入後の硬化による歪みの変化を監視するために、Sanchez et al.14はエポキシ炭素繊維板に光ファイバーセンサーを埋め込み、完全な歪みプロセスを測定した。微差干渉コントラスト(DIC)は、フィールド変形15、16、17の強力な測定方法であり、18と同様に広く使用されている。収集した画像における測定された表面グレイレベルの変化を比較することにより、変形を解析し、歪みを計算する。Zhangら19は、従来のDICから進化する強化粒子およびDIC画像の導入に依存する方法を提案した。フォーゲルと Lee20は、自動 2 ビュー方式を使用してひずみ値を計算しました。近年、粒子強化複合材料における微細構造観察と歪み測定を同時に実現しました。従来の歪みセンサは、一方向にのみ歪みを効果的に測定します。Zymelka et al.21は、センサ抵抗の変化を検出することによって従来の歪みゲージ法を改善する全方向性柔軟な歪みセンサを提案した。また、生物または化学物質を用いて歪みを測定することもできる。例えば、イオン伝導性ヒドロゲルは、その良好な引張特性および高感度22、23による歪み/触覚センサに対する効果的な代替手段である。グラフェンとその複合材料は、優れた機械的特性を有し、良好な圧電抵抗率24、25、26と共に高いキャリア移動性を提供する。その結果、グラフェンベースの歪みセンサは、電子皮膚健康監視、ウェアラブルエレクトロニクス、および他の分野27、28で広く使用されている。
本研究では、ポリジメチルシロキサン(PDMS)顕微鏡と増幅系を用いた概念ひずみ測定を行う。それはワイヤーまたは電気接続を必要としないので、デバイスは従来のひずみゲージとは異なります。また、変位は直接観察することができる。増幅機構は、テスト対象物上の任意の位置に配置することができ、測定の再現性を大幅に向上させます。本研究では、3Dプリンティング技術によりセンサと歪みアンプを作りました。我々は最初に我々の要件のためのその効率を高めるために3Dプリンタを改善しました。球状押し出し装置は金属およびプラスチックノズルの転換を完了するためにスライスソフトウェアによって制御される従来の単一材料の押出機を置き換えるように設計されていた。対応する成形プラットフォームを変更し、変位検出装置(増幅器)と読み取り装置(PDMS顕微鏡)を一体化した。

<table><tbody><tr><td>ABS</td><td>Hengli dejian プラスチック電気製品工場</td><td></td><td>増幅機構用直径 1.75 mm のワイヤーの印刷に使用</td></tr><tr><td>アルミニウム 6063 T83 バー</td><td></td><td></td><td>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。</td></tr><tr><td>ANSYS</td><td></td><td>ANSYS ANSYS 14.5</td><td></td></tr><tr><td>CURA</td><td>Ultimaker</td><td>Cura 3.0</td><td>スライシングソフトア、改良された3Dプリンターと併用</td></tr><tr><td>硬化剤 ダ</td><td>ウ・コーニング</td><td></td><td>PDMSと硬化剤は、10:1の重量比で混合されています</td></tr><tr><td>駆動装置</td><td>Xinmingtian</td><td>E00</td><td></td></tr><tr><td>改良された3Dプリンターとアクセサリー</td><td></td><td></td><td>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。</td></tr><tr><td>iPhone 6</td><td>Apple</td><td>MG4A2CH/A</td><td>8メガピクセルのセンサーと同等の焦点距離は29mm</td></tr><tr><td>です Mageneticスターラー</td><td>SCILOGEX</td><td>MS-H280-Pro</td><td></td></tr><tr><td>ナイロン</td><td>Hengli dejian プラスチック電気製品工場</td><td></td><td>増幅機構用直径1.75mmのワイヤーの印刷に使用</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>ダウ コーニング</td><td>SYLGARDDC184</td><td>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。</td></tr><tr><td>形状アナライザー</td><td>Gltech</td><td>SURFIEW 4000</td><td></td></tr><tr><td>Solidworks</td><td>Dassault Systems</td><td>Solidworks 2017</td><td></td></tr><tr><td>VISHAYひずみゲージ</td>のモデリングをアシスト <td>Vishay</td><td></td>は<td>、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。</td></tr><tr><td>VISHAYひずみゲージインジケータ</td><td>Vishay</td><td></td><td>ひずみデータ収集。</td></tr></tbody></table>

改良された3dプリンターを用いた歪み測定装置の製造

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

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。

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、140m-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<...

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。

改良された3Dプリンターを用いた歪み測定装置の製造

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

二相固液製造は、エレクトロニクス、バイオ医薬品、エネルギー、防衛分野など、さまざまな研究分野における構造微小球材料の製造にも適用できます。このシステムは、ワイヤや電気的な接続を必要とせず、微細構造変形に関連する幅広いアプリケーションを測定することができます。手順を開始する前に、修正された3Dプリンタ、ひずみゲージインジケータ、駆動装置、サポートフレーム、アルミニウムバー、PDMSレンズ、スマートフォン、重量、プリントアンプ、ひずみゲージを含む実験プラットフォームを構築します。プリンタのナイロン層の高さを0.05ミリメートルに設定します。印刷ヘッドの直径を0.2ミリメートルに設定し、ノズル温度を摂氏220度に設定します。印刷速度を1分あたり2000ミリメートルに設定します。金属ノズルが低温プラットフォームに向かえるように球面押し出しヘッドの向きを調整し、輪郭線を印刷して正常な押し出しを確認します。その後、列にナイロンを掛けます。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。PDMS顕微鏡を組み立てるには、磁気撹拌機を使用して、PDMS前駆体の10~1重量比を硬化剤溶液に混合し、混合物を40分間脱気する。すべての気泡が取り除かれたら、球状押し出しヘッドのPDMSコンテナに混合物を注ぎ、プラスチックノズルが高温プラットフォームに向かるように球状押し出しヘッドとプラットフォームを回転させます。プラスチックノズルを50マイクロリットルに設定し、ノズル回転とステッパーモータをZ軸に使用して、ピペットデバイスの下端を金型から20ミリメートル離れたところに配置します。次に高温プラットフォームを加熱し、PDMS容器を絞ってPDMSレンズを印刷します。印刷したPDMSレンズが室温まで冷却されたら、プリンターから取り外すため、ピンセットを使用します。負荷試験のひずみ測定を行うために、ナットとボルトを使用して、380 x 51 x 3.8ミリメートルアルミニウム6063-T83バーの一方の端を手術台に固定し、カンチレバービームの自由端から中心に十字架を描き、160ミリメートルの位置に引きます。ビーム上の酸化物層を除去するには、歪みゲージワイヤグリッドの方向から約45度の角度で細かいサンドペーパーで表面を研磨します。アセトンに浸したコットンウールを使用して、サンドカンチレバービームの表面と歪みゲージペーストの表面を拭きます。その後、運転装置とひずみゲージインジケータを接続し、電源をオンにします。次に、固定端のアルミニウム棒の中央面に歪みゲージを取り付け、標準重量をカンチレバービームの自由端に固定して、集中力入力を制御します。歪みゲージをナイロンアンプに置き換える前に、従来の歪みゲージインジケータを使用して、クォーターブリッジ接続方法でベースライン読み出しを記録します。PDMSレンズを29ミリメートルの焦点距離で8メガピクセルのセンサーを搭載したスマートフォンカメラに取り付け、鮮明な画像が得られるまでカメラの焦点距離を調整します。次に、PDMS顕微鏡を使用して、ポインタの変位を読み取ります。有限要素解析を実行するには、片持ち梁ビームと増幅機構をソフトウェアの材料ライブラリにインポートし、配置位置をシミュレートします。カンチレバービームの作用の下で増幅機構ポインタの機械的特性を分析し、3次元幾何モデルで使用するためのメッシュを生成するために、微細な要素サイズの四面体要素を使用します。次に、屈曲ヒンジ、特にポインタと他のボディ間のヒンジを改良し、片持ち梁ビームの自由端の中心に1ニュートンの集中力を適用します。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、接触角が大きくなります。ここでは、実験変位測定とナイロンのFEAシミュレーションを比較して示していますが、このグラフはABSの斜面間の最小および最大の不一致を示しています。本代表実験では、ナイロンとABSの測定感度を測定した。PDMSレンズの成形温度の制御が困難である。非接触赤外線放射温度計と高温プラットフォームを使用して、温度変化が許容範囲内であることを確認します。この固液製造方法は、特に微小球構造の調製のために、バイオ医薬品分野の研究にも適用することができる。

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工学

私たちは、クリーンルームやソフトリソグラフィーを必要とせずに、複数の異なる株に類似した、動的な条件を適用することができるマイクロ流体デバイスを製造するための簡単​​な方法を提示する。...

複数の異なった株を勉強するためのマイクロ流体デバイス

我々は、液体噴射装置として金型設計のために修飾されたデシケーター溶融堆積モデリング、3Dプリンターを使用することにより、低コストで液状エラストマーゴム射出成形装置のラピッドプロトタイピングのための方法を考案した。...

液体射出成形用の3Dプリント金型を用いた医療機器を迅速かつ低コストプロトタイピング

マイクロ アプリケーションで使用される圧力制御シリンジ ポンプを構築するためのプロトコルをご紹介します。このシリンジ ポンプは、相加的製造ボディ、市販ハードウェアとオープン...

印刷作成する熱可塑性材料の三次元マイクロ流体用フィードバック制御を用いたシリンジ ポンプを自動

ここでは、標準的な形状を持つ3Dプリントされた金属ファントムを持つ口腔内スキャナから取得した競技アーチデジタルインプレッションの各部分の歪みの程度を測定するプロトコルを提示する。...

光学歯科印象の完全アーチ歪みを測定する

この記事では、低コストの商用3D プリンタを、パターン化したバイオフィルムの印刷を容易にすることができる細菌3D プリンタに変換する方法について説明します。Bioprinter...

Bioprinter で設計されたバイオフィルムの三次元パターン化

本研究の目的は、バイオメディカルおよび食品印刷業界での用途向けに、オープンソースおよび低コストのコンポーネントから作られた貯水槽ベースの溶融押出3次元プリンタを設計し、構築することです。...

オープンソース、低コストのバイオインク、食品溶融物押出3Dプリンタの設計

提示された方法は、ライブ共焦点顕微鏡を可能にしながら、シリコーンゴムに埋め込まれた3Dソフトヒドロゲルの単軸ストレッチを含む。繊維のアライメントと同様に、外部および内部ヒドロゲル株の特性評価が実証されている。開発された装置およびプロトコルはさまざまなひずみのレジームに対する細胞の応答を査定できる。...

ライブ顕微鏡イメージング下での3Dヒドロゲルの制御株

マイクロメートルスケールの3Dプリンティングにより、神経細胞培養用のポリマーデバイスのラピッドプロトタイピングが可能になります。原理証明として、ニューロン間の構造的結合は、神経突起伸長に影響を与える障壁とチャネルを作成することによって制約され、そのような操作の機能的結果は細胞外電気生理学によって観察されました。...

2光子重合によるマイクロスケール神経細胞培養装置の3Dプリンティング

このプロトコルは慣習的な液体培養かペトリ皿より自然な生息地に類似している複雑な3D多孔質のヒドロゲルのマトリックスの運動性そして成長を調査する細菌のコロニーの三次元(3D)印刷のためのプロシージャを記述する。...

複雑な3D多孔質媒体の運動性と増殖を研究するための3Dプリンティングバクテリア

このプロトコルは、小ひずみ領域における微細構造の機械的特性を正確に測定できる圧縮試験装置の構成と、この装置を用いた圧縮試験の体系的な方法を提示します。提案された装置は、さまざまな微細構造やポリマー系材料の機械的挙動の解析に利用できます。...

小ひずみにおける圧縮応力ひずみ応答の測定

ここでは、細胞に対して等方的および一軸のひずみ波形を適用しつつ、基質上で培養を支持し、剛性を調整可能かつタンパク質行列をカスタマイズ可能な新しい装置として紹介します。このシンプルで経済的なプラットフォームにより、研究者は基礎研究から疾患関連の文脈において、機械的な手がかりがどのように細胞機能を調節するかを調査できます。...

in vitro 細胞の伸縮および画像診断のための新しいプラットフォーム

学ぶ 改良3Dプリンターによる歪み測定センサーの製造法。PDMS顕微鏡と増幅機構を統合し、電気配線不要で微細構造の変形を測定する革新的な材料科学技術を習得する。

改良された3Dプリンターを用いた歪み測定装置の製造

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