Name: Produção de um dispositivo de medição de tensão com uma impressora 3D melhorada (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 17 s
Description: Aprenda a produzir um sensor de medição de tensão com impressora 3D melhorada usando PDMS e mecanismo de amplificação. Este método permite medir deformações de microestruturas sem conexões elétricas.

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Este trabalho foi apoiado financeiramente pela Fundação Nacional de Ciência da China (Grant no. 51805009).

1. Montagem do mecanismo de amplificação
<ol><li>Construa uma plataforma experimental, incluindo uma impressora 3D melhorada, um indicador de medidor de tensão, um dispositivo de condução, uma estrutura de suporte, uma barra de alumínio, uma lente PDMS, um smartphone, pesos, um amplificador impresso(Figura 1 Suplementar),e um medidor de tensão, como mostrado na Figura 1.</li>
	<li>Ajuste a altura de cada camada na impressora em 0,05 mm para nylon e 0,2 mm para ABS. Ajuste o diâmetro da cabeça de impressão para 0,2 mm em ambos os casos. Defina a temperatura do bico para 220 °C para nylon e 100 °C para ABS. Por fim, defina a velocidade de impressão para 2.000 mm/min para nylon e 3.500 mm/min para ABS.</li>
	<li>Ajuste a orientação da cabeça de extrusão esférica para que o bico metálico enfrente a plataforma de baixa temperatura e imprima um contorno para garantir uma extrusão normal, como mostrado na Figura 2.</li>
	<li>Pendure o nylon e o ABS na coluna. A extremidade dianteira deve entrar no recipiente de bobina de impressão para ser derretido pelo bico metálico.</li>
</ol>2. Montagem do microscópio PDMS
<ol><li>Usando um agitador magnético, misture o precursor do PDMS e o agente de cura para obter uma razão de peso de 10:1.</li>
	<li>Coloque a mistura no degasser por 40 min para remover bolhas e despeje a mistura desgasejada no recipiente PDMS da cabeça de extrusão esférica.</li>
	<li>Gire a cabeça de extrusão esférica e a plataforma para que o bico de plástico enfrente a plataforma de alta temperatura.</li>
	<li>Coloque o incremento do bocal de plástico em 50 μL. Coloque a extremidade inferior do dispositivo pipette 20 mm29 longe do molde usando a rotação do bocal e o motor passo no eixo Z.</li>
	<li>Ligue a placa quente para aquecer a plataforma de alta temperatura. A temperatura da plataforma é controlada por um termômetro de radiação infravermelha sem contato. NOTA: Este estudo testou temperaturas de 140 °C, 160 °C, 180 °C, 200 °C, 220 °C e 240 °C.</li>
	<li>Aperte o recipiente PDMS para imprimir a lente PDMS.</li>
	<li>Esfrie a lente PDMS à temperatura ambiente e remova-a com pinças de borracha.</li>
	<li>Determine os parâmetros geométricos da lente, incluindo o ângulo de contato, o raio de curvatura e o diâmetro da gota, usando um analisador de forma tridimensional.</li>
</ol>3. Medição de tensão para testes de carregamento nos grupos de controle e teste
<ol><li>Use uma barra feita de alumínio 6063 T83 como o feixe cantilever. O comprimento, largura e espessura do feixe cantilever devem ser de 380 mm x 51 mm x 3,8 mm, respectivamente. Fixe uma extremidade na mesa de operação com parafusos e porcas.</li>
	<li>Desenhe uma cruz no centro e 160 mm da extremidade livre do feixe de cantilever.</li>
	<li>Para remover a camada de óxido no feixe de cantilever, polir sua superfície com lixa fina antes de colar. A direção de moagem deve ser de cerca de 45° da direção da grade de arame medidor de tensão. Use lã de algodão encharcada em acetona para limpar a superfície do feixe de cantilever e a superfície da pasta medidora de tensão.</li>
	<li>Conecte o dispositivo de condução e o indicador medidor de tensão. Ligue a energia. Use um medidor de tensão montado na superfície central da barra de alumínio em sua extremidade fixa para medir as alterações de tensão.</li>
	<li>Fixar o peso padrão na extremidade livre do feixe de cantilever para controlar a entrada de força concentrada. Leia os dados usando um indicador convencional de medidor de cepa com um método de conexão de 40 centavos de ponte.</li>
	<li>Substitua o medidor de tensão pelos amplificadores ABS e nylon no mesmo local.</li>
	<li>Conecte a lente PDMS na câmera do smartphone com um sensor de 8 megapixels a uma distância de foco de 29 mm. Ajuste a distância focal da câmera até que uma imagem clara seja obtida. Leia o deslocamento do ponteiro usando o microscópio PDMS.</li>
	<li>Repita os passos 3.5 e 3.6, fixando a carga para 1 N, 2 N, 3 N, 4 N e 5 N cada vez.</li>
</ol>4. Análise de elemento finita
<ol><li>Estabeleça modelos de elemento finito 3D das peças de nylon e ABS para medição de cepa (consulte Tabela de Materiais para software usado). Importe o feixe de cantilever e o mecanismo de amplificação na biblioteca de materiais do software e simule suas posições de colocação.</li>
	<li>Analise as propriedades mecânicas do ponteiro do mecanismo de amplificação a ação de um feixe de cantilever.</li>
	<li>Gerar mishes para uso em modelos geométricos 3D usando elementos tetrahedrais com um tamanho de elemento fino. Refinar as dobradiças flexure, especialmente a dobradiça entre o ponteiro e os outros corpos. NOTA: O moduli jovem de elasticidade usado para alumínio, nylon e ABS foram 69 GPa, 2 GPa e 2,3 GPa, respectivamente. As razões de Poisson utilizadas para alumínio, nylon e ABS foram de 0,33, 0,44 e 0,394, respectivamente.</li>
	<li>Aplique uma força concentrada de 1 N para o centro da extremidade livre do feixe de cantilever. Repita com 2 N, 3 N, 4 N e 5 N.</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>

Os autores não declaram interesses conflitantes.

O deslocamento de saída evoluiu linearmente com a força concentrada na extremidade livre do feixe de cantilever e foi consistente com as simulações da FEA. A sensibilidade dos amplificadores foi de 36,55 ± 0,53 με/μm para nylon e 36,03 ± 1,34 με/μm para ABS. A sensibilidade estável confirmou a viabilidade e a eficácia da rápida prototipagem de sensores de alta precisão usando impressão 3D. Os amplificadores tinham alta sensibilidade e estavam livres de interferência eletromagnética. Além disso, eles tinham uma estrutura ...

A obtenção de materiais leves, mas fortes, é particularmente importante na indústria moderna. As propriedades dos materiais são afetadas quando submetidas ao estresse, pressão, torção e vibração de dobra durante o uso1,2. Assim, a medição da cepa dos materiais é importante para analisar sua durabilidade e uso de solução de problemas. Tais medidas permitem que os engenheiros analisem a durabilidade dos materiais e solucionam problemas de produção. O método de medição de cepa mais comum na indústria usa sensores de tensão3. Sensores tradicionais de papel alumínio são amplamente utilizados devido ao seu baixo custo e boa confiabilidade4. Eles medem as mudanças nos sinais elétricos e os convertem em diferentes sinais de saída5,6. No entanto, este método deixa de fora os detalhes do perfil de tensão no objeto medido e é suscetível ao ruído de interferência eletromagnética vibracional com sinais analógicos. Desenvolver métodos precisos, altamente repetitivos e fáceis de medição de cepa material é importante na engenharia. Assim, outros métodos estão sendo estudados.
Nos últimos anos, os nanomateriais têm atraído muito interesse dos investigadores. Para medir a tensão em objetos pequenos, Osborn et al.7,8 propôs um método para medir a cepa de nanomateriais 3D usando backscatter de elétrons (EBSD). Usando dinâmica molecular, Lina et al.9 investigaram a engenharia de tensão de atrito intercamada do grafeno. Medições distribuídas de cepa óptica usando espectroscopia de backscatter (RBS) de Rayleigh têm sido amplamente utilizadas na detecção de falhas e na avaliação de dispositivos ópticos devido à sua alta resolução espacial e sensibilidade10. A fibra óptica de grade (FBG)11,12 sensores de tensão distribuída têm sido amplamente utilizados para a medição de cepa de alta precisão13 para sua sensibilidade à temperatura e à tensão. Para monitorar as alterações de tensão causadas pela cura após a injeção de resina, Sanchez et al.14 incorporaram um sensor fibraóptica em uma placa de fibra de carbono epóxi e mediu o processo completo de tensão. O contraste de interferência diferencial (DIC) é um poderoso método de medição da deformação de campo15,16,17 que é amplamente utilizado, bem como18. Comparando as alterações dos níveis de cinza superficial medidos nas imagens coletadas, a deformação é analisada e a cepa calculada. Zhang et al.19 propuseram um método que se baseia na introdução de partículas reforçadas e imagens dic para evoluir a partir do DIC tradicional. Valores de tensão calculados vogel e Lee20 usando um método automático de duas visualizações. Nos últimos anos, isso possibilitou a observação simultânea de microestrutura e medição de cepas em compósitos reforçados com partículas. Os sensores tradicionais de tensão só medem efetivamente a tensão em uma direção. Zymelka et al.21 propuseram um sensor de tensão flexível omnidirecional que melhora um método tradicional de medidor de cepa detectando alterações na resistência do sensor. Também é possível medir a cepa usando substâncias biológicas ou químicas. Por exemplo, os hidrogéis condutores iônicos são uma alternativa eficaz aos sensores de cepa/tátil devido às suas boas propriedades de tração e alta sensibilidade22,23. O grafeno e seus compostos possuem excelentes propriedades mecânicas e proporcionam uma alta mobilidade portadora, juntamente com boa piezoresistividade24,25,26. Consequentemente, os sensores de cepa à base de grafeno têm sido amplamente utilizados no monitoramento eletrônico de saúde da pele, eletrônicos vestíveis e outros campos27,28.
Neste trabalho, é apresentada uma medição de cepa conceitual utilizando um microscópio de polidimetilsiloxano (PDMS) e um sistema de amplificação. O dispositivo é diferente de um medidor de tensão tradicional porque não requer fios ou conexões elétricas. Além disso, o deslocamento pode ser observado diretamente. O mecanismo de amplificação pode ser colocado em qualquer local do objeto testado, o que aumenta consideravelmente a repetibilidade das medidas. Neste estudo, um sensor e um amplificador de cepa foram feitos pela tecnologia de impressão 3D. Primeiro melhoramos a impressora 3D para aumentar sua eficiência para nossas necessidades. Um dispositivo de extrusão esférica foi projetado para substituir o tradicional extrusor de material único controlado pelo software de fatiamento para completar a conversão dos bicos metálicos e plásticos. A plataforma de moldagem correspondente foi alterada, e o dispositivo de detecção de deslocamento (amplificador) e o dispositivo de leitura (microscópio PDMS) foram integrados.

<table><tbody><tr><td>Fábrica</td><td></td> de <td>produtos elétricos de plástico ABS Hengli dejian</td><td>Usado para imprimir fio de 1,75 mm de diâmetro para mecanismo de amplificação</td></tr><tr><td>Barra</td><td></td><td></td> de alumínio 6063 T83 <td>O comprimento, largura e espessura da viga cantilever são 380 mm, 51 mm e 3,8 mm.</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>Fatiamento softare, usando com a impressora 3D melhorada</td></tr><tr><td>Agente de cura</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>PDMS e agente de cura são misturados com a relação de peso de 10:1 Dispositivo de</td></tr><tr><td>condução</td><td>Xinmingtian</td><td>E00</td><td></td></tr><tr><td>Impressora 3D aprimorada e acessórios</td><td></td><td></td><td>Feito por mim. A plataforma elevatória esférica rotativa é adotada. A plataforma elevatória esférica está equipada com um bico e uma pipeta, que podem ser trocados e impressos livremente. Com uma plataforma de impressão rotativa, a temperatura da plataforma pode ser controlada livremente.</td></tr><tr><td>iPhone 6</td><td>Apple</td><td>MG4A2CH / A</td><td>sensor de 8 megapixels e a distância de foco equivalente é de 29 mm</td></tr><tr><td>Agitador Magenetic</td><td>SCILOGEX</td><td>MS-H280-Pro</td><td></td></tr><tr><td>Nylon</td><td>Hengli dejian fábrica de produtos</td><td></td> elétricos de plástico <td>Usado para imprimir fio de 1,75 mm de diâmetro para mecanismo de amplificação</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td>SYLGARDDC184</td><td>Depois que a mistura viscosa é aquecida e endurecida, ela pode ser combinada com o dispositivo de amplificação da lente do telefone celular para aquisição de imagem.</td></tr><tr><td>Analisador de forma</td><td>Gltech</td><td>SURFIEW 4000</td><td></td></tr><tr><td>Solidworks</td><td>Dassault Systems</td><td>Solidworks 2017</td><td>Auxiliar na modelagem</td></tr><tr><td>do strain gauge VISHAY</td><td>Vishay</td><td></td><td>Usado para medir a deformação produzida no experimento.</td></tr><tr><td>Indicador de strain gauge VISHAY</td><td></td><td></td><td>Aquisição de dados de tensão Vishay.</td></tr></tbody></table>

produção de um dispositivo de medição de tensão com uma impressora 3d melhorada

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

Um sensor tradicional de medição de cepa precisa ser eletrificado e é suscetível a interferência eletromagnética. Para resolver as flutuações do sinal elétrico analógico em uma operação tradicional de medidor de cepa, um novo método de medição de cepa é apresentado aqui. Ele usa uma técnica fotográfica para exibir a mudança de tensão amplificando a mudança do deslocamento do ponteiro do mecanismo. Uma lente visual de polidimetilsiloxano (PDMS) com uma distância focal de 7,16 mm foi adicionada a uma câmera de smartphone para gerar um grupo de lentes agindo como um microscópio para capturar imagens. Tinha uma distância focal equivalente de 5,74 mm. Acrilonitrile butadiene estireno (ABS) e amplificadores de nylon foram usados para testar a influência de diferentes materiais no desempenho do sensor. A produção dos amplificadores e da lente PDMS é baseada na tecnologia de impressão 3D melhorada. Os dados obtidos foram comparados com os resultados da análise de elementos finitos (FEA) para verificar sua validade. A sensibilidade do amplificador ABS foi de 36,03 ± 1,34 με/μm, e a sensibilidade do amplificador de nylon foi de 36,55 ± 0,53 με/μm.

Quando a temperatura da plataforma aumentou, o diâmetro da gota e o raio da curvatura diminuíram, enquanto o ângulo de contato aumentou(Figura 3). Portanto, a distância focal do PDMS aumentou. No entanto, para temperaturas de plataforma acima de 220 °C, um tempo de cura muito curto foi observado nas gotículas, e eles não puderam se estender em uma forma de plano-convexo. Isso pode ser atribuído à área de baixo apego ao aderir a uma câmera do smartphone. Portanto, apenas lentes macias formada...

Este trabalho apresenta um sensor de medição de cepa composto por um mecanismo de amplificação e um microscópio de polidimetilexino fabricado usando uma impressora 3D melhorada.

Produção de um dispositivo de medição de tensão com uma impressora 3D melhorada

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

A fabricação de líquido sólido em duas fases também pode ser aplicada à fabricação de materiais de microesfera estrutural em diversos campos de estudo, incluindo os setores eletrônicos, biofarmacêuticos, energéticos e de defesa. Este sistema não requer fios ou conexão elétrica e permite que uma ampla gama de aplicações relacionadas à deformação da microestrutura sejam medidas. Antes de iniciar o procedimento, construa uma plataforma experimental que inclua uma impressora 3D modificada, um indicador de medidor de tensão, um dispositivo de condução, uma estrutura de suporte, uma barra de alumínio, uma lente PDMS, um smartphone, pesos, um amplificador impresso e um medidor de tensão.Ajuste a altura da camada de nylon na impressora para 0,05 milímetros. Coloque o diâmetro da cabeça de impressão em 0,2 milímetros e coloque a temperatura do bocal em 220 graus Celsius. Defina a velocidade de impressão para 2000 milímetros por minuto.Ajuste a orientação da cabeça de extrusão esférica para que o bocal de metal enfrente a plataforma de baixa temperatura e imprima um contorno para garantir uma extrusão normal. Então pendure o nylon na coluna. A extremidade dianteira deve entrar no recipiente da bobina de impressão para ser derretida pelo bocal metálico.Para montar o microscópio PDMS, use um agitador magnético para misturar uma razão de peso de 10 para um peso do precursor do PDMS com a solução do agente de cura e desaparasar a mistura por 40 minutos. Quando todas as bolhas tiverem sido removidas, despeje a mistura no recipiente PDMS da cabeça de extrusão esférica e gire a cabeça e a plataforma de extrusão esférica para que o bocal de plástico enfrente a plataforma de alta temperatura. Coloque o incremento do bocal de plástico em 50 microlitadores e use a rotação do bocal e o motor do estepe no eixo Z para colocar a extremidade inferior do dispositivo pipeta a 20 milímetros do molde.Em seguida, aqueça a plataforma de alta temperatura e aperte o recipiente PDMS para imprimir a lente PDMS. Quando a lente PDMS impressa tiver esfriado à temperatura ambiente, use pinças de borracha para removê-la da impressora. Para realizar uma medição de tensão de teste de carga, use porcas e parafusos para fixar uma extremidade de uma barra de 380 por 51 por 3,8 milímetros de alumínio 6063-T83 na mesa de operação e desenhe uma cruz no centro e 160 milímetros da extremidade livre do feixe cantilever.Para remover a camada de óxido no feixe, polir a superfície com lixa fina em um ângulo de cerca de 45 graus da direção da grade do fio do medidor de tensão. Use algodão embebido em acetona para limpar a superfície do feixe cantilever lixado e a superfície da pasta do medidor de tensão. Em seguida, conecte o dispositivo de condução e o indicador do medidor de tensão e ligue a energia.Em seguida, monte um medidor de tensão sobre a superfície central da barra de alumínio em sua extremidade fixa e fixe um peso padrão na extremidade livre do feixe cantilever para controlar a entrada de força concentrada. Registo uma leitura da linha de base usando um indicador de medidor de tensão convencional com um método de conexão de ponte de quarto antes de substituir o medidor de tensão por um amplificador de nylon. Conecte a lente PDMS em uma câmera de smartphone com um sensor de oito megapixels a uma distância de foco de 29 milímetros e ajuste a distância focal da câmera até que uma imagem clara seja obtida.Em seguida, use o microscópio PDMS para ler o deslocamento do ponteiro. Para realizar uma análise de elemento finito, importe o feixe cantilever e o mecanismo de amplificação para a biblioteca de materiais do software e simule suas posições de colocação. Analise as propriedades mecânicas do ponteiro do mecanismo de amplificação sob a ação de um feixe de cantilever e use elementos tetraedrais com um tamanho de elemento fino para gerar malhas para uso em modelos geométricos 3D.Em seguida, refine as dobradiças de flexura, especialmente a dobradiça entre o ponteiro e os outros corpos, e aplique uma força concentrada de um newton ao centro da extremidade livre do feixe cantilever. À medida que a temperatura da plataforma é aumentada, o diâmetro da gotícula e o raio de curvatura diminuem, e o ângulo de contato aumenta. Aqui é mostrada uma comparação da medição de deslocamento experimental com as simulações FEA para nylon, enquanto este gráfico ilustra as discrepâncias mínimas e máximas entre as encostas para ABS.Neste experimento representativo, foram determinadas as sensibilidades de medição para nylon e ABS. Controlar a temperatura de moldagem da lente PDMS é difícil. Usamos um termômetro de radiação infravermelha sem contato e plataforma de alta temperatura para garantir que as mudanças de temperatura estejam dentro da tolerância.Este método de fabricação de líquido sólido também pode ser aplicado a estudos no campo biofarmacêutico, particularmente para a preparação de estruturas de microesferas.

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