Ta praca przedstawia czujnik pomiaru odkształcenia składający się z mechanizmu wzmacniającego i mikroskopu polidimetylosiloksanowego, wykonany przy użyciu ulepszonej drukarki 3D.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Produkcja urządzenia do pomiaru odkształceń z ulepszoną drukarką 3D
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Tradycyjny czujnik pomiaru odkształceń musi być zelektryfikowany i jest podatny na zakłócenia elektromagnetyczne. W celu rozwiązania fluktuacji analogowego sygnału elektrycznego w tradycyjnej operacji tensometrycznej, przedstawiono tutaj nową metodę pomiaru odkształcenia. Wykorzystuje technikę fotograficzną do pokazania zmiany naprężenia poprzez wzmocnienie zmiany przemieszczenia wskazówki mechanizmu. Wizualna soczewka polidimetylosiloksanu (PDMS) o ogniskowej 7,16 mm została dodana do aparatu smartfona w celu wygenerowania grupy soczewek działającej jak mikroskop do rejestrowania obrazów. Miał on odpowiednik ogniskowej 5,74 mm. Wzmacniacze akrylonitryl-butadien-styren (ABS) i nylon zostały wykorzystane do przetestowania wpływu różnych materiałów na działanie czujnika. Produkcja wzmacniaczy i soczewek PDMS opiera się na ulepszonej technologii druku 3D. Uzyskane dane porównano z wynikami analizy metodą elementów skończonych (MES) w celu zweryfikowania ich poprawności. Czułość wzmacniacza ABS wynosiła 36,03 ± 1,34 με/μm, a czułość wzmacniacza nylonowego 36,55 ± 0,53 με/μm.
Wprowadzenie
Pozyskiwanie lekkich, ale mocnych materiałów jest szczególnie ważne w nowoczesnym przemyśle. Właściwości materiałów ulegają zmianie, gdy są poddawane naprężeniom, ciśnieniu, skręcaniu i wibracjom zginania podczas użytkowania1,2. Dlatego pomiar odkształceń materiałów jest ważny dla analizy ich trwałości i rozwiązywania problemów związanych z użytkowaniem. Takie pomiary umożliwiają inżynierom analizę trwałości materiałów i rozwiązywanie problemów produkcyjnych. Najpopularniejszą metodą pomiaru odkształceń w przemyśle są czujniki tensometryczne3. Tradycyjne czujniki foliowe są szeroko stos....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Montaż mechanizmu wzmacniającego
- Zbuduj eksperymentalną platformę, w tym ulepszoną drukarkę 3D, wskaźnik tensometryczny, urządzenie napędowe, ramę nośną, aluminiową belkę, soczewkę PDMS, smartfon, odważniki, drukowany wzmacniacz (rysunek uzupełniający 1) i tensometr, jak pokazano na Rysunek 1.
- Ustaw wysokość każdej warstwy w drukarce na 0,05 mm dla nylonu i 0,2 mm dla ABS. W obu przypadkach ustaw średnicę głowicy drukującej na 0,2 mm. Ustaw temperaturę dyszy na 220 °C dla nylonu i 100 °C dla ABS. Na koniec ustaw prędkość drukowania na 2 000 mm/min dla nylonu i 3 500 mm/min dla ABS.
- Dostos....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Wraz ze wzrostem temperatury platformy, średnica kropli oraz promień krzywizny zmniejszały się, natomiast kąt zwilżania zwiększał się (Rycina 3). W konsekwencji ogniskowa soczewki z PDMS wzrosła. Jednakże przy temperaturach platformy powyżej 20 °C zaobserwowano bardzo krótki czas sieciowania w kroplach, przez co nie mogły one przyjąć kształtu płasko-wypukłego. Może to wynikać z niewielkiej powierzchni przylegania podczas mocowania do kamery smartfona. Dlatego we wszystkich testach jako powię.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Przemieszczenie wyjściowe zmieniało się liniowo wraz z siłą skoncentrowaną na swobodnym końcu belki wspornikowej i było zgodne z symulacjami MES. Czułość wzmacniaczy wynosiła 36,55 ± 0,53 με/μm dla nylonu i 36,03 ± 1,34 με/μm dla ABS. Stabilna czułość potwierdziła wykonalność i skuteczność szybkiego prototypowania precyzyjnych czujników z wykorzystaniem druku 3D. Wzmacniacze charakteryzowały się wysoką czułością i były wolne od zakłóceń elektromagnetycznych. Ponadto miały prostą konstrukcję, niewielką objętość i niską wa.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów.
Podziękowania
Ta praca była finansowana przez Narodową Fundację Nauki Chin (Grant nr 51805009).
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Fabryka | plastikowych produktów elektrycznych ABS Hengli Dejian | Służy do drukowania drutu o średnicy 1,75 mm do mechanizmu wzmacniającego | |
| Aluminiowy pręt | Długość, szerokość i grubość belki wspornikowej wynosi 380 mm, 51 mm i 3,8 mm. | ||
| ANSYS | ANSYS | ANSYS 14.5 | |
| CURA | Ultimaker | Cura 3.0 | Slicing softare, przy użyciu ulepszonej drukarki 3D |
| Utwardzacz | Dow Corning | PDMS i utwardzacz są mieszane w stosunku wagowym 10:1 | |
| Urządzenie napędowe | Xinmingtian | E00 | |
| Ulepszona drukarka 3D i akcesoria | Wykonane przeze mnie. Przyjęto obrotową sferyczną platformę podnoszącą. Kulista platforma podnosząca jest wyposażona w dyszę i pipetę, które można dowolnie przełączać i drukować. Dzięki obrotowej platformie drukującej można dowolnie kontrolować temperaturę platformy. | ||
| iPhone 6 | Apple | MG4A2CH/A | 8-megapikselowy czujnik i równoważna odległość ustawiania ostrości to 29 mm |
| Mieszadło Magenetic | SCILOGEX | MS-H280-Pro | |
| Fabryka plastikowych | produktów | Służy do drukowania drutu o średnicy 1,75 mm do mechanizmu wzmacniającego | |
| PDMS | Dow Corning | SYLGARDDC184 | Po podgrzaniu i utwardzeniu lepkiej mieszaniny można ją połączyć z urządzeniem wzmacniającym soczewkę telefonu komórkowego w celu uzyskania obrazu. |
| Analizator kształtu | Gltech | SURFIEW 4000 | |
| Solidworks | Dassault Systems | Solidworks 2017 | Wspomaganie modelowania |
| Tensometru VISHAY | Vishay | Służy do pomiaru odkształcenia wytworzonego w eksperymencie. | |
| Wskaźnik tensometryczny VISHAY | Akwizycja danych szczepu | Vishay |
Bibliografia
- 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....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
Tagi
Urządzenie do pomiaru odkształceńtechnologia druku 3Dwytwarzanie soczewek z PDMSanaliza elementów skończonychtestowanie wzmacniaczy nylonowychczułość wzmacniaczy z ABSwspornik z pręta aluminiowegokonfiguracja mikroskopu smartfonowegowytwarzanie w układzie ciało stałe-cieczprodukcja materiału do mikrosfer
