Name: 개선된 3D 프린터로 변형 측정 장치 생산 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 17 s
Description: 배우세요 개선된 3D 프린터를 활용한 변형 측정 센서 제작 방법을. PDMS 현미경과 증폭 메커니즘을 통합하여 전기 연결 없이 미세구조 변형을 측정하는 이 기술은 재료과학 및 센서 기술 연구에 활용됩니다.

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이 작품은 중국 국립 과학 재단 (그랜트 번호 51805009)에 의해 재정적으로 지원되었다.

1. 증폭 메커니즘의 조립
<ol><li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>구형 압출 헤드의 방향을 조정하여 금속 노즐이 저온 플랫폼을 향하도록 하고 그림 2와같이 정상적인 압출을 보장하기 위해 윤곽을 인쇄합니다.</li>
	<li>열에 나일론과 ABS를 걸어 놓습니다. 프런트 엔드는 금속 노즐에 의해 용융될 인쇄 코일 용기를 입력해야 합니다.</li>
</ol>2. PDMS 현미경의 조립
<ol><li>자기 교반기를 사용하여 PDMS 전구체와 경화제를 혼합하여 10:1의 중량 비를 얻습니다.</li>
	<li>혼합물을 40 분 동안 탈가저에 넣고 기포를 제거하고 탈기 혼합물을 구형 압출 헤드의 PDMS 용기에 부어 넣습니다.</li>
	<li>플라스틱 노즐이 고온 플랫폼을 향할 수 있도록 구형 압출 헤드와 플랫폼을 회전시면 됩니다.</li>
	<li>플라스틱 노즐 증분을 50 μL로 설정합니다. Z 축의 노즐 회전 및 스테퍼 모터를 사용하여 파이펫 장치의 하단을 20mm29 멀리 몰드에서 놓습니다.</li>
	<li>핫 플레이트를 켜고 고온 플랫폼을 가열합니다. 플랫폼의 온도는 비접촉 적외선 방사선 온도계에 의해 제어됩니다. 참고: 이 연구는 140°C, 160°C, 180°C, 200°C, 220°C 및 240°C의 온도를 시험하였다.</li>
	<li>PDMS 용기를 짜서 PDMS 렌즈를 인쇄합니다.</li>
	<li>PDMS 렌즈를 실온으로 식히고 고무 핀셋으로 제거합니다.</li>
	<li>3차원 형상 분석기를 사용하여 접촉 각도, 곡률 반지름 및 액적 지름을 포함한 렌즈의 기하학적 매개변수를 결정합니다.</li>
</ol>3. 대조군 및 테스트 그룹에서 로딩 테스트를 위한 변형률 측정
<ol><li>캔틸레버 빔으로 알루미늄 6063 T83로 만든 막대를 사용합니다. 캔틸레버 빔의 길이, 너비 및 두께는 각각 380mm x 51mm x 3.8mm여야 합니다. 볼트와 너트로 수술대에 한쪽 끝을 고정합니다.</li>
	<li>캔틸레버 빔의 자유 끝에서 중앙에 십자가를 그리고 160mm를 그립니다.</li>
	<li>캔틸레버 빔의 산화물 층을 제거하려면 붙여 넣기 전에 미세한 사포로 표면을 연마하십시오. 연삭 방향은 스트레인 게이지 와이어 그리드의 방향에서 약 45°여야 합니다. 아세톤에 담근 면봉을 사용하여 캔틸레버 빔의 표면과 스트레인 게이지 페이스트의 표면을 닦아냅니다.</li>
	<li>구동 장치와 스트레인 게이지 표시기를 연결합니다. 전원을 켭니다. 고정 된 끝에 알루미늄 막대의 중앙 표면에 장착 된 스트레인 게이지를 사용하여 변형 변화를 측정하십시오.</li>
	<li>표준 중량을 캔틸레버 빔의 자유 단부로 고정하여 집중된 힘 입력을 제어합니다. 쿼터 브리지 연결 방법을 사용하여 기존의 스트레인 게이지 표시기를 사용하여 데이터를 읽습니다.</li>
	<li>스트레인 게이지를 동일한 위치에서 ABS 및 나일론 증폭기로 교체합니다.</li>
	<li>PDMS 렌즈를 초점 거리 29mm의 8메가픽셀 센서로 스마트폰 카메라에 부착합니다. PDMS 현미경을 사용하여 포인터의 변위를 읽습니다.</li>
	<li>3.5 단계와 3.6단계를 반복하여 부하를 매번 1N, 2N, 3N, 4N 및 5N으로 설정합니다.</li>
</ol>4. 유한 요소 분석
<ol><li>변형률 측정을 위해 나일론 및 ABS 부품의 3D 유한 요소 모델을 설정합니다(사용된 소프트웨어의 재료 표 참조). 캔틸레버 빔과 증폭 메커니즘을 소프트웨어의 재료 라이브러리로 가져오고 배치 위치를 시뮬레이션합니다.</li>
	<li>캔틸레버 빔의 작용하에 증폭 메커니즘 포인터의 기계적 특성을 분석합니다.</li>
	<li>미세 한 요소 크기의 적색 요소를 사용하여 3D 기하학적 모델에서 사용할 메시 생성 굴곡 힌지, 특히 포인터와 다른 바디 사이의 힌지를 구체화합니다. 참고 : 알루미늄, 나일론 및 ABS에 사용되는 탄성의 젊은 계수는 각각 69 GPa, 2 GPa 및 2.3 GPa였습니다. 알루미늄, 나일론 및 ABS에 사용되는 푸아송 비율은 각각 0.33, 0.44 및 0.394였습니다.</li>
	<li>캔틸레버 빔의 자유 단부 중심에 1 N의 집중된 힘을 가합니다. 2 N, 3 N, 4 N 및 5 N으로 반복합니다.</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>
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<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>
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<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>
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<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>
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<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>

저자는 상충하는 이해관계를 선언하지 않습니다.

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.
<p class="jo...

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 많은 관심을 끌고있다. 작은 물체에 대한 변형을 측정하기 위해, 오스본 외7,8은 전자 백스캐터(EBSD)를 사용하여 3D 나노 물질의 변형을 측정하는 방법을 제안했다. 분자 역학을 사용하여, Lina 등9는 그래 핀의 층간 마찰 변형 공학을 조사했다. 레일리 백스캐터 분광법(RBS)을 이용한 분산 광섬유 스트레인 측정은 높은 공간 분해능 및 감도10으로인해 광학 장치의 결함 감지 및 평가에 널리 사용되어 왔다. 격자 광섬유 (FBG)11,12 분산 스트레인 센서는 온도와 변형에 대한 민감도에 대한 고정밀 스트레인 측정(13)에 널리 사용되어왔다. 수지 주입 후 경화로 인한 변형 변화를 모니터링하기 위해, 산체스 외14에 에폭시 탄소 섬유 플레이트에 광섬유 센서를 내장하고 전체 변형 공정을 측정하였다. 차동 간섭 콘트라스트(DIC)는18뿐만아니라 널리 사용되는 필드 변형15,16,17의 강력한 측정 방법이다. 수집된 이미지에서 측정된 표면 회색 레벨의 변화를 비교하여 변형이 분석되고 변형이 계산됩니다. Zhang 등19는 기존의 DIC에서 진화하기 위해 강화 입자 및 DIC 이미지의 도입에 의존하는 방법을 제안했다. Vogel 및 Lee20은 자동 투뷰 방법을 사용하여 변형률 값을 계산했습니다. 최근 몇 년 동안, 이것은 입자 강화 복합체에서 동시 미세 구조 관찰 및 변형 측정을 가능하게했습니다. 기존의 스트레인 센서는 한 방향으로만 스트레인을 효과적으로 측정합니다. Zymelka 등21은 센서 저항의 변화를 감지하여 기존의 스트레인 게이지 방법을 개선하는 전방향 유연한 스트레인 센서를 제안했습니다. 생물학적 또는 화학적 물질을 사용하여 균주를 측정할 수도 있습니다. 예를 들어, 이온 전도성 하이드로겔은 좋은 인장 특성과 고감도22,23으로인해 스트레인/촉각 센서에 대한 효과적인 대안입니다. 그래 핀과 그 복합체는 우수한 기계적 특성을 가지고 있으며 좋은 압전 저항성24,25,26과함께 높은 캐리어이동성을제공합니다. 따라서 그래핀 기반 스트레인 센서는 전자 피부 건강 모니터링, 웨어러블 전자 장치 및 기타 필드27,28에널리 사용되어 왔다.
이 작품에서는 폴리디메틸실록산(PDMS) 현미경 및 증폭 시스템을 이용한 개념적 변형 측정이 제시된다. 이 장치는 전선이나 전기 연결이 필요하지 않기 때문에 기존의 스트레인 게이지와 다릅니다. 또한 변위를 직접 관찰 할 수 있습니다. 증폭 메커니즘은 테스트된 개체의 모든 위치에 배치할 수 있어 측정의 반복성을 크게 높일 수 있습니다. 이 연구에서는 3D 프린팅 기술로 센서와 스트레인 앰프를 제작했습니다. 우리는 먼저 우리의 요구 사항에 대한 효율성을 높이기 위해 3D 프린터를 개선했다. 구형 압출 장치는 금속 및 플라스틱 노즐의 변환을 완료하기 위해 슬라이싱 소프트웨어에 의해 제어되는 기존의 단일 재료 압출기를 대체하도록 설계되었습니다. 해당 성형 플랫폼이 변경되고 변위 감지 장치(증폭기)와 판독 장치(PDMS 현미경)가 통합되었습니다.

<table><tbody>기계장치 알루미늄 6063 T83 막대<tr><td></td><td></td><td></td>기를 증폭하기 위한 1.75 mm 직경 철사 인쇄를 위해 사용되는 아BS Hengli dejian 플라스틱 전기 제품 공장 <td></td></tr><tr><td>공가 광속의 길이, 폭 및 간격은 380 mm, 51 mm 및 3.8 mm입니다.</td><td></td><td></td><td></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>슬라이싱 소프트웨어, 개선 된 3D 프린터와 함께 경화</td></tr><tr><td>제</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>PDMS 및 경화제는 10 : 1의 무게 비율과 혼합됩니다</td></tr>. 구동 <tr><td>장치</td><td>Xinmingtian</td><td>E00</td><td></td></tr><tr><td>개선 된 3D 프린터 및 액세서리</td><td></td><td></td><td>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.</td></tr><tr><td>iPhone 6</td><td>Apple</td><td>MG4A2CH / A</td><td>8 메가 픽셀 센서 및 해당 초점 거리는 29mm</td></tr><tr><td>Magenetic 교반기</td><td>SCILOGEX</td><td>MS-H280-Pro</td><td></td></tr><tr><td>나일론</td><td>Hengli dejian 플라스틱 전기 제품 공장</td><td></td> 증폭 메커니즘 PDMS Dow Corning SYLGARDDC184 <td>위해 직경 1.75mm 와이어 인쇄에 사용</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>점성 혼합물을 가열하고 경화시킨 후 이미지 획득을 위해 휴대폰의 렌즈 증폭 장치와 결합할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>형상 분석기</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 스트레인 게이지</td><td>모델링 지원 Vishay</td><td></td><td>실험에서 생성 된 변형률을 측정하는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>VISHAY 스트레인 게이지 인디케이터</td><td>Vishay</td><td></td><td>스트레인 데이터 수집.</td></tr></tbody></table>

개선된 3d 프린터로 변형 측정 장치 생산

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

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.

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 - ...

이 작품은 증폭 메커니즘과 향상된 3D 프린터를 사용하여 제조 된 폴리 디메틸 실록산 현미경으로 구성된 변형 측정 센서를 제공합니다.

개선된 3D 프린터로 변형 측정 장치 생산

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

2상 고체-액체 제조는 또한 전자, 바이오 제약, 에너지 및 방위 분야를 포함한 다양한 연구 분야에서 구조 마이크로스피어 재료의 제조에 적용될 수 있다. 이 시스템은 전선 이나 전기 연결을 필요로 하지 않으며 미세 구조 변형과 관련된 응용 프로그램의 넓은 범위를 측정 할 수 있습니다. 절차를 시작하기 전에 수정된 3D 프린터, 스트레인 게이지 표시기, 주행 장치, 지원 프레임, 알루미늄 막대, PDMS 렌즈, 스마트폰, 무게, 인쇄 된 증폭기 및 스트레인 게이지가 포함된 실험 플랫폼을 구성합니다.프린터의 나일론 레이어 의 높이를 0.05밀리미터로 설정합니다. 인쇄 헤드의 직경을 0.2밀리미터로 설정하고 노즐 온도를 섭씨 220도로 설정합니다. 인쇄 속도를 분당 2000밀리미터로 설정합니다.금속 노즐이 저온 플랫폼을 향하도록 구형 압출 헤드의 방향을 조정하고 윤곽을 인쇄하여 정상적인 압출을 보장합니다. 그런 다음 열에 나일론을 걸어 놓습니다. 프론트 엔드는 금속 노즐에 의해 녹아 인쇄 코일 용기를 입력해야합니다.PDMS 현미경을 조립하려면 자기 교반기를 사용하여 PDMS 전구체의 10 대 1 중량 비를 혼합하여 정제액을 경화하고 40 분 동안 혼합물을 분리하십시오. 모든 기포가 제거되면 구형 압출 헤드의 PDMS 용기에 혼합물을 붓고 구형 압출 헤드와 플랫폼을 회전하여 플라스틱 노즐이 고온 플랫폼에 직면합니다. 플라스틱 노즐 증분을 50 마이크로리터로 설정하고 Z축의 노즐 회전 및 스테퍼 모터를 사용하여 피펫 장치의 하단 끝을 금형에서 20밀리미터 떨어진 곳에 배치합니다.그런 다음 고온 플랫폼을 가열하고 PDMS 용기를 짜서 PDMS 렌즈를 인쇄합니다. 인쇄된 PDMS 렌즈가 실온으로 냉각되면 고무 핀셋을 사용하여 프린터에서 제거합니다. 로딩 테스트 스트레인 측정을 수행하려면 너트와 볼트를 사용하여 380 x 51 x 5.8mm 알루미늄 6063-T83 막대를 작동 테이블에 고정하고 캔틸레버 빔의 자유 끝에서 160mm의 중앙에 십자가를 그립니다.빔의 산화물 층을 제거하기 위해 스트레인 게이지 와이어 그리드의 방향에서 약 45도 각도로 미세 한 사포로 표면을 연마하십시오. 아세톤에 담근 면모를 사용하여 모래캔틸레버 빔의 표면과 스트레인 게이지 페이스트 표면을 닦아냅니다. 그런 다음 구동 장치와 스트레인 게이지 표시기를 연결하고 전원을 켭니다.다음으로, 고정 된 끝에 알루미늄 막대의 중앙 표면에 스트레인 게이지를 장착하고 농축 된 힘 입력을 제어하기 위해 캔틸레버 빔의 자유 끝에 표준 무게를 고정합니다. 스트레인 게이지를 나일론 증폭기로 교체하기 전에 종래의 스트레인 게이지 표시기를 쿼터 브리지 연결 방법으로 사용하여 기준선 판독을 기록합니다. 29mm의 초점 거리에서 8메가픽셀 센서가 있는 스마트폰 카메라에 PDMS 렌즈를 부착하고 선명한 이미지를 얻을 때까지 카메라의 초점 거리를 조정합니다.그런 다음 PDMS 현미경을 사용하여 포인터의 변위를 읽습니다. 유한 요소 분석을 수행하려면 캔틸레버 빔과 증폭 메커니즘을 소프트웨어의 재질 라이브러리로 가져오고 배치 위치를 시뮬레이션합니다. 캔틸레버 빔의 동작하에서 증폭 메커니즘 포인터의 기계적 특성을 분석하고 미세한 요소 크기의 테트라헤드랄 요소를 사용하여 3D 기하학적 모델에서 사용하기 위한 메쉬를 생성합니다.그런 다음 플렉스 경첩, 특히 포인터와 다른 바디 사이의 힌지를 구체화하고 캔틸레버 빔의 자유 끝의 중심에 한 뉴턴의 농축 된 힘을 적용합니다. 플랫폼 온도가 증가함에 따라 액적 직경과 곡률 반경이 감소하고 접촉 각도가 증가합니다. 여기서 나일론에 대한 FEA 시뮬레이션과 실험 변위 측정을 비교하는 것이 표시되고, 이 그래프는 ABS용 경사면 간의 최소 및 최대 불일치를 보여 줍니다.본 대표적인 실험에서는 나일론과 ABS에 대한 측정 민감도가 결정되었다. PDMS 렌즈의 성형 온도를 제어하는 것은 어렵습니다. 당사는 비접촉 적외선 방사선 온도계와 고온 플랫폼을 사용하여 온도 변화가 허용 오차 내에 있는지 확인합니다.이 고체 액체 제조 방법은 특히 마이크로 스피어 구조의 준비를 위해 바이오 의약품 분야의 연구에도 적용 될 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

개선된 3D 프린터를 사용한 변형률 측정 장치 생산

우리는 클린 룸이나 부드러운 리소그래피 필요없이 여러 독특한 변종에 유사한 동적 조건을 적용 할 수있는 마이크로 유체 장치를 생산하는 간단한 방법을 제시한다.

여러 고유 긴장 유학을위한 마이크로 유체 장치

우리는 액체 분사 장치로 금형 설계 및 개질 데시위한 융착 모델링 3D 프린터를 사용하여 저가 및 액체 엘라스토머 고무 사출 성형 장치의 쾌속 조형을위한 방법을 고안했다.

액상 사출 성형을위한 3D 인쇄 금형을 사용하여 의료 기기의 신속하고 저렴한 프로토 타이핑

여기 선물이 미세 응용 프로그램에 사용 되는 압력 제어 주사기 펌프를 구성 하는 프로토콜. 이 주사기 펌프는 없애는 제조, 상용 하드웨어, 본문과 오픈 소스 전자에서 이루어집니다. 결과 시스템은 저가, 간단 하 게 구현할 빠른 미세 연구 수 있도록 잘 규제 유체 흐름을 제공 합니다.

인쇄를 만드는 열가 소성 재료의 3 차원 미세 응용 프로그램에 대 한 피드백 제어와 주사기 펌프를 자동

여기서는 표준 형상을 갖춘 3D 프린팅 금속 팬텀이 있는 구강 내 스캐너에서 획득한 경쟁 아치 디지털 인상의 각 부분에서 왜곡 정도를 측정하는 프로토콜을 제시합니다.

광학 치과 인상의 완전한 아치 왜곡 측정

본 문서에서는 저가형 상업용 3D 프린터를 세균 3D 프린터로 변환 하 여 패턴화 된 바이오 필름의 인쇄를 촉진할 수 있는 방법을 설명 합니다. 바이오 필름 및 바이오 잉크를 제조 하는 데 필요한 모든 측면 뿐만 아니라 생물 막의 형성을 평가 하기 위한 검증 방법도 설명 합니다.

엔지니어 드 바이오 필름의 3 차원 패터 닝-it-스스로 바이오 필름

이 작업의 목적은 생물 의학 및 식품 인쇄 산업의 응용 프로그램에 대한 오픈 소스 및 저가 구성 요소로 만든 저수지 기반 용융 압출 3 차원 프린터를 설계하고 구성하는 것입니다.

오픈 소스, 저비용 바이오 잉크 및 식품 용융 압출 3D 프린터 설계

제시된 방법은 실리콘 고무에 내장된 3D 소프트 하이드로겔의 단종 스트레칭을 포함하면서 살아있는 공초점 현미경 검사를 허용합니다. 섬유 정렬뿐만 아니라 외부 및 내부 하이드로겔 균주의 특성화가 입증된다. 개발된 장치 및 프로토콜은 다양한 변형 정권에 대한 세포의 반응을 평가할 수 있다.

라이브 현미경 이미징 에서 3D 하이드로겔의 제어 변형

마이크로미터 규모의 3D 프린팅을 통해 신경 세포 배양을 위한 고분자 장치의 신속한 프로토타이핑이 가능합니다. 원리 증명으로, 뉴런 사이의 구조적 연결은 신경돌기 성장에 영향을 미치는 장벽과 채널을 만들어 제한되었으며, 이러한 조작의 기능적 결과는 세포 외 전기 생리학에 의해 관찰되었습니다.

2광자 중합 마이크로 스케일 신경 세포 배양 장치의 3D 프린팅

이 프로토콜은 기존의 액체 배양 또는 페트리 접시보다 자연 서식지에 더 가까운 복잡한 3D 다공성 하이드로겔 매트릭스에서 박테리아 군집의 운동성과 성장을 연구하기 위한 박테리아 군집의 3차원(3D) 프린팅 절차를 설명합니다.

복잡한 3D 다공성 매체의 운동성과 성장을 연구하기 위한 3D 프린팅 박테리아

이 프로토콜은 소변형 영역에서 미세구조의 기계적 특성을 정확히 측정할 수 있는 압축 시험 장치의 구성과 이 장치를 이용한 체계적인 압축 시험 방법을 제시합니다. 제안된 장치는 다양한 미세구조와 폴리머 기반 재료의 기계적 거동을 분석하는 데 사용될 수 있습니다.

소변형에서의 압축 응력-변형률 반응 측정

여기서는 등방성 및 단축 변형 파형을 세포에 적용하면서 조절 가능한 강성과 맞춤형 단백질 매트릭스를 가진 기질에서 배양을 지원하는 새로운 장치를 소개합니다. 이 간단하고 경제적인 플랫폼 덕분에 연구자들은 기초 연구와 질병 관련 맥락에서 기계적 단서가 세포 기능을 어떻게 조절하는지 조사할 수 있습니다.

시험 관 내 세포 신장 및 영상 촬영을 위한 새로운 플랫폼

배우세요 개선된 3D 프린터를 활용한 변형 측정 센서 제작 방법을. PDMS 현미경과 증폭 메커니즘을 통합하여 전기 연결 없이 미세구조 변형을 측정하는 이 기술은 재료과학 및 센서 기술 연구에 활용됩니다.

개선된 3D 프린터로 변형 측정 장치 생산

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