이 작품은 증폭 메커니즘과 향상된 3D 프린터를 사용하여 제조 된 폴리 디메틸 실록산 현미경으로 구성된 변형 측정 센서를 제공합니다.
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이 논문에서
요약
초록
기존의 스트레인 측정 센서는 전기화되어야 하며 전자기 간섭에 취약합니다. 기존의 스트레인 게이지 작동에서 아날로그 전기 신호의 변동을 해결하기 위해 새로운 스트레인 측정 방법이 여기에 제시되어 있습니다. 그것은 메커니즘의 포인터 변위의 변화를 증폭하여 변형 변화를 표시하는 사진 기술을 사용합니다. 초점 거리가 7.16mm인 시각 다각형 실실록산(PDMS) 렌즈를 스마트폰 카메라에 추가하여 이미지를 캡처하는 현미경 역할을 하는 렌즈 그룹을 생성합니다. 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 나일론 증폭기는 5.74mm의 동등한 초점 거리를 가졌고, 센서 성능에 대한 다양한 재료의 영향을 테스트하는 데 사용되었습니다. 증폭기 및 PDMS 렌즈의 생산은 향상된 3D 프린팅 기술을 기반으로 합니다. 얻어진 데이터는 유한 요소 분석(FEA)의 결과와 비교하여 그 유효성을 확인하였다. ABS 증폭기의 감도는 36.03±1.34 μθ/μm이고, 나일론 증폭기의 감도는 36.55±0.53 μθ/μm이었다.
서론
가볍지만 강한 재료를 얻는 것은 현대 산업에서 특히 중요합니다. 재료의 특성은 사용 중 응력, 압력, 비틀림 및 굽힘 진동을 받을 때 영향을 받습니다1,2. 따라서 재료의 변형률 측정은 내구성을 분석하고 사용 문제를 해결하는 데 중요합니다. 이러한 측정을 통해 엔지니어는 재료의 내구성을 분석하고 생산 문제를 해결할 수 있습니다. 업계에서 가장 일반적인 스트레인 측정 방법은 스트레인 센서3을사용합니다. 기존의 호일 센서는 저렴한 비용과 좋은신뢰성4 때문에 널리 사용됩니다. 그들은 전기 신호의 변화를 측정하고 다른 출력 신호5,6로변환합니다. 그러나 이 방법은 측정된 개체의 스트레인 프로파일의 세부 사항을 남기고 아날로그 신호와의 진동 전자기 간섭으로 인한 소음에 취약합니다. 엔지니어링에서는 정확하고 반복성이 뛰어나며 쉬운 재료 변형 측정 방법을 개발하는 것이 중요합니다. 따라서, 다른 방법이 연구되고있다.
최근 몇 년 동안, 나노 물질은 조사자로부터 많....
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프로토콜
1. 증폭 메커니즘의 조립
- 도 1과같이 개선된 3D 프린터, 스트레인 게이지 표시기, 구동 장치, 지지 프레임, 알루미늄 막대, PDMS 렌즈, 스마트폰, 웨이트, 인쇄 증폭기(보충도 1)및 스트레인 게이지를 포함하는 실험 플랫폼을 구성한다.
- 프린터의 각 레이어 높이를 나일론의 경우 0.05mm, ABS의 경우 0.2mm로 설정합니다. 노즐의 온도를 나일론의 경우 220°C, ABS의 경우 100°C로 설정합니다. 마지막으로, 나일론의 경우 인쇄 속도를 2,000mm/min, ABS의 경우 3,500mm/min로 설정합니다.
- 구형 압출 헤드의 방향을 조정하여 금속 노즐이 저온 플랫폼을 향하도록 하고 그림 2와같이 정상적인 압출을 보장하기 위해 윤곽을 인쇄합니다.
- 열에 나일론과 ABS를 걸어 놓습니다. 프런트 엔드는 금속 노즐에 의해 용융될 인쇄 코일 용기를 입력해야 합니다.
2. PDMS 현미경의 조립
- 자기 교반기를 사용하여 PDMS 전구체와 경화제를 혼합하여 10:1의 중량 비를 얻습니다.
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결과
플랫폼 온도가 상승하면 액적 직경과 곡률 반경이 감소한 반면 접촉각은 증가하였다(도3). 따라서 PDMS의 초점 거리가 증가했습니다. 그러나, 220 °C 이상의 플랫폼 온도의 경우, 액적에서 매우 짧은 경화 시간이 관찰되었고, 그들은 평면 볼록 한 형상으로 연장 할 수 없었다. 이는 스마트폰 카메라에 부착할 때 부착 영역이 낮기 때문일 수 있습니다. 따라서 220°C에서 형성된 소프트 렌즈만 모든 시험에서 돋보기로 사용하였다. PDMS 렌즈의 초점 거리는 140m-1의광학 전력에 대한 7.16 mm이었다. 액적 직경은 2.831mm이고 최대 원뿔 각도는 46.68°였으며, 이는 약 0.40의 수치 조리개(NA)를 20배 배율에 가깝게 산출했습니다. 렌즈 군의 초점 거리는 f1 × f2 /(f1 + f2 - .......
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토론
출력 변위는 캔틸레버 빔의 자유 단말에 집중된 힘으로 선형적으로 진화했으며 FEA 시뮬레이션과 일치했습니다. 증폭기의 감도는 나일론의 경우 36.55±0.53 μθ/μm, ABS의 경우 36.03±1.34 μθ/μm이었다. 안정적인 감도는 3D 프린팅을 이용한 고정밀 센서의 신속한 프로토타이핑의 타당성과 효과를 확인했습니다. 증폭기는 높은 감도를 가지고 있으며 전자기 간섭이 없었습니다. 또한, 그들은 간단한 구조, 작은 볼륨, 그리고 낮은 무게를 했다. 레이어 두께, 노즐 직경 및 이송 속도를 비롯한 여러 변수에 따라 인쇄 공정에서 서로 다른 재료를 다르게 설정해야 합니다. 특정 값은 다른 프린터 매개 변수와 결합되어야 하며 반복된 디버깅 단계를 거쳐 결정됩니다. 이 유연한 제조 방법은 실제 작업 조건에 따라 재료와 크기를 즉시 변경할 수 있습니다. 이렇게 하면 전기 절연을 추가하고 방폭을 방지하여 성능을 높일 수 있습니다. 이를 통해 소형화, 맞춤형 생산 및 고정밀 변위 센서의 사용이 가능합니다.
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공개 사항
저자는 상충하는 이해관계를 선언하지 않습니다.
감사의 글
이 작품은 중국 국립 과학 재단 (그랜트 번호 51805009)에 의해 재정적으로 지원되었다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 공가 광속의 길이, 폭 및 간격은 380 mm, 51 mm 및 3.8 mm입니다. | |||
| ANSYS | ANSYS | ANSYS 14.5 | |
| CURA | Ultimaker | Cura 3.0 | 슬라이싱 소프트웨어, 개선 된 3D 프린터와 함께 경화 |
| 제 | Dow Corning | PDMS 및 경화제는 10 : 1의 무게 비율과 혼합됩니다 | |
| 장치 | Xinmingtian | E00 | |
| 개선 된 3D 프린터 및 액세서리 | 직접 만들었습니다. 회전식 구형 리프팅 플랫폼이 채택되었습니다. 구형 리프팅 플랫폼에는 노즐과 피펫이 장착되어 있어 자유롭게 전환하고 인쇄할 수 있습니다. 회전식 인쇄 플랫폼을 사용하면 플랫폼 온도를 자유롭게 제어할 수 있습니다. | ||
| iPhone 6 | Apple | MG4A2CH / A | 8 메가 픽셀 센서 및 해당 초점 거리는 29mm |
| Magenetic 교반기 | SCILOGEX | MS-H280-Pro | |
| 나일론 | Hengli dejian 플라스틱 전기 제품 공장 | 위해 직경 1.75mm 와이어 인쇄에 사용 | |
| 점성 혼합물을 가열하고 경화시킨 후 이미지 획득을 위해 휴대폰의 렌즈 증폭 장치와 결합할 수 있습니다. | |||
| 형상 분석기 | Gltech | SURFIEW 4000 | |
| Solidworks | Dassault Systems | Solidworks 2017 | |
| VISHAY 스트레인 게이지 | 모델링 지원 Vishay | 실험에서 생성 된 변형률을 측정하는 데 사용됩니다. | |
| VISHAY 스트레인 게이지 인디케이터 | Vishay | 스트레인 데이터 수집. |
참고문헌
- Laramore, D., Walter, W., Bahadori, A. Design of a micro-nuclear-mechanical system for strain measurement. Radiation Physics and Chemistry. 155 (8), 209-212 (2019).
- Hu, D., Song, B., Dang, L., Zhang, Z. Eff....
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재인쇄 및 허가
