Herstellung eines Strain-Messgeräts mit verbessertem 3D-Drucker

Die zweiphasige Fest-Flüssig-Fertigung kann auch auf die Herstellung von strukturellen Mikrosphärenmaterialien in verschiedenen Studienbereichen angewendet werden, einschließlich der Elektronik-, Biopharmazeutik-, Energie- und Verteidigungssektoren. Dieses System benötigt keine Drähte oder elektrischen Anschluss und ermöglicht eine breite Palette von Anwendungen im Zusammenhang mit Mikrostrukturverformung zu messen. Erstellen Sie vor Beginn des Verfahrens eine experimentelle Plattform, die einen modifizierten 3-D-Drucker, eine Dehnungsmessstreifenanzeige, ein Antriebsgerät, einen Stützrahmen, eine Aluminiumstange, ein PDMS-Objektiv, ein Smartphone, Gewichte, einen gedruckten Verstärker und ein Dehnungsmessgerät umfasst.

Legen Sie die Höhe der Nylonschicht im Drucker auf 0,05 Millimeter fest. Stellen Sie den Durchmesser des Druckkopfes auf 0,2 Millimeter und die Düsentemperatur auf 220 Grad Celsius ein. Stellen Sie die Druckgeschwindigkeit auf 2000 Millimeter pro Minute ein.

Passen Sie die Ausrichtung des kugelförmigen Extrusionskopfes so an, dass die Metalldüse der Niedrigtemperaturplattform gegenübersteht, und drucken Sie eine Kontur, um eine normale Extrusion zu gewährleisten. Dann hängen Sie das Nylon an der Säule. Das Vorderteil muss in den Druckspulenbehälter gelangen, der von der Metalldüse geschmolzen werden soll.

Um das PDMS-Mikroskop zu montieren, verwenden Sie einen magnetischen Rührer, um ein 10-1-Gewicht-Verhältnis von PDMS-Vorläufer-Zuhärtungsmittellösung zu mischen und das Gemisch 40 Minuten lang zu entgasen. Wenn alle Blasen entfernt sind, gießen Sie das Gemisch in den PDMS-Behälter des kugelförmigen Extrusionskopfes und drehen Sie den kugelförmigen Extrusionskopf und die Plattform so, dass die Kunststoffdüse der Hochtemperaturplattform gegenübersteht. Stellen Sie das Kunststoffdüseninkrement auf 50 Mikroliter ein und verwenden Sie die Düsendrehung und den Schrittmotor in der Z-Achse, um das untere Ende der Pipettenvorrichtung 20 Millimeter von der Form entfernt zu platzieren.

Erhitzen Sie dann die Hochtemperaturplattform und drücken Sie den PDMS-Behälter, um das PDMS-Objektiv zu drucken. Wenn das gedruckte PDMS-Objektiv auf Raumtemperatur abgekühlt ist, verwenden Sie eine Gummipinzette, um es aus dem Drucker zu entfernen. Um eine Belastungsmessung durchzuführen, verwenden Sie Muttern und Schrauben, um ein Ende eines 380 mal 51 mal 3,8 Millimeter Aluminium 6063-T83 bar am Operationstisch zu befestigen und ein Kreuz in der Mitte und 160 Millimeter vom freien Ende des Auslegerstrahls zu ziehen.

Um die Oxidschicht am Balken zu entfernen, polieren Sie die Oberfläche mit feinem Schleifpapier in einem Etwa 45-Grad-Winkel aus Richtung des Dehnungsmessstreifendrahtgitters. Verwenden Sie in Aceton getränkte Watte die Oberfläche des geschliffenen Auslegerstrahls und die Oberfläche der Dmsastpaste. Schließen Sie dann das Antriebsgerät und die Dmseranzeige an und schalten Sie die Stromversorgung ein.

Als nächstes montieren Sie ein Dehnungsmessgerät auf die Mitteloberfläche des Aluminiumbalkens an seinem festen Ende und fixieren Sie ein Standardgewicht am freien Ende des Auslegerstrahls, um den konzentrierten Krafteingang zu steuern. Zeichnen Sie ein Basisauslesen mit einer herkömmlichen Dehnungsmessanzeige mit einer Viertelbrückenverbindungsmethode auf, bevor Sie das Dehnungsmessgerät durch einen Nylonverstärker ersetzen. Befestigen Sie das PDMS-Objektiv an einer Smartphone-Kamera mit einem Acht-Megapixel-Sensor bei einem Fokusabstand von 29 Millimetern und passen Sie die Brennweite der Kamera an, bis ein klares Bild erhalten ist.

Verwenden Sie dann das PDMS-Mikroskop, um die Verschiebung des Zeigers zu lesen. Um eine Finite-Elemente-Analyse durchzuführen, importieren Sie den Auslegerstrahl und den Verstärkungsmechanismus in die Materialbibliothek der Software und simulieren deren Platzierungspositionen. Analysieren Sie die mechanischen Eigenschaften des Verstärkermechanismuszeigers unter der Wirkung eines Auslegerstrahls, und verwenden Sie Tetraederelemente mit einer feinen Elementgröße, um Netze für die Verwendung in geometrischen 3D-Modellen zu generieren.

Verfeinern Sie dann die Biegescharniere, insbesondere das Scharnier zwischen dem Zeiger und den anderen Körpern, und wenden Sie eine konzentrierte Kraft von einem Newton auf die Mitte des freien Endes des Auslegerstrahls an. Wenn die Plattformtemperatur erhöht wird, verringern sich der Tröpfchendurchmesser und der Krümmungsradius, und der Kontaktwinkel erhöht sich. Hier wird ein Vergleich der experimentellen Verschiebungsmessung mit den FEA-Simulationen für Nylon gezeigt, während diese Grafik die minimalen und maximalen Abweichungen zwischen den Steigungen für ABS veranschaulicht.

In diesem repräsentativen Experiment wurden die Messempfindlichkeiten für Nylon und ABS ermittelt. Die Kontrolle der Formtemperatur der PDMS-Linse ist schwierig. Wir verwenden ein berührungsloses Infrarot-Strahlungsthermometer und eine Hochtemperaturplattform, um sicherzustellen, dass die Temperaturänderungen innerhalb der Toleranz liegen.

Diese festflüssige Herstellungsmethode kann auch auf Studien im Bereich biopharmazeutischer Stoffe angewendet werden, insbesondere bei der Herstellung von Mikrosphärenstrukturen.