Name: Geliştirilmiş 3D Yazıcılı Gerinim Ölçüm Cihazı Üretimi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-01-30T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 17 s
Description: Öğrenin, geliştirilmiş 3D yazıcı kullanarak PDMS mikroskobu entegre edilmiş gerinim ölçüm sensörü üretimini. Bu yöntem, elektrik bağlantısı olmadan mikroyapı deformasyonu ölçümü sağlar ve malzeme bilimi uygulamaları için değerlidir.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu çalışma, Çin Ulusal Bilim Vakfı (Hibe No. 51805009) tarafından mali olarak desteklenmiştir.

1. Amplifikasyon mekanizmasının montajı
<ol><li>Geliştirilmiş bir 3D yazıcı, bir gerinim göstergesi göstergesi, bir sürüş cihazı, destek çerçevesi, alüminyum çubuk, PDMS lens, akıllı telefon, ağırlıklar, baskılı amplifikatör(Ek Şekil 1) ve şekil 1'degösterildiği gibi bir gerinim ölçer içeren deneysel bir platform oluşturma .</li>
	<li>Yazıcıdaki her bir katmanın yüksekliğini naylon için 0,05 mm ve ABS için 0,2 mm olarak ayarlayın. Baskı kafasının çapını her iki durumda da 0,2 mm'ye ayarlayın. Nozulun sıcaklığını naylon için 220 °C'ye, ABS için 100 °C'ye ayarlayın. Son olarak, baskı hızını naylon için 2.000 mm/dk ve ABS için 3.500 mm/dak olarak ayarlayın.</li>
	<li>Küresel ekstrüzyon kafasının yönünü, metal memenin düşük sıcaklıklı platforma bakması için ayarlayın ve Şekil 2'degösterildiği gibi normal bir ekstrüzyon sağlamak için bir kontur yazdırın.</li>
	<li>Naylon ve ABS'yi sütuna asın. Ön uç, metal meme tarafından eritilecek baskı bobini kabına girmelidir.</li>
</ol>2. PDMS mikroskobunun montajı
<ol><li>Manyetik karıştırıcı kullanarak, 10:1 ağırlık oranı elde etmek için PDMS öncül ve kür leme maddesi karıştırın.</li>
	<li>Kabarcıkları kaldırmak ve küresel ekstrüzyon başının PDMS konteyner içine gazsız karışımı dökün 40 dakika için degasser içine karışımı yerleştirin.</li>
	<li>Küresel ekstrüzyon kafasını ve platformu plastik memenin yüksek sıcaklık platformuna bakabilmesi için döndürün.</li>
	<li>Plastik meme artışını 50°L'ye ayarlayın. Pipet cihazının alt ucunu 20 mm29'luk kalıbın alt ucunu, nozul döndürme ve Z eksenindeki step motorunu kullanarak kalıptan uzağa yerleştirin.</li>
	<li>Yüksek sıcaklıklı platformu ısıtmak için sıcak plakayı açın. Platformun sıcaklığı temassız kızılötesi radyasyon termometresi tarafından kontrol edilir. NOT: Bu çalışmada 140 °C, 160 °C, 180 °C, 200 °C, 220 °C ve 240 °C sıcaklıklarında test edilmiştir.</li>
	<li>PDMS lensini yazdırmak için PDMS kabını sıkın.</li>
	<li>PDMS lensi oda sıcaklığına kadar soğutun ve kauçuk cımbızla çıkarın.</li>
	<li>Üç boyutlu şekil analizörü kullanarak, temas açısı, eğrilik yarıçapı ve damlacık çapı da dahil olmak üzere lensin geometrik parametrelerini belirleyin.</li>
</ol>3. Kontrol ve test gruplarında yükleme testleri için gerinim ölçümü
<ol><li>Cantilever kiriş olarak alüminyum 6063 T83 yapılmış bir bar kullanın. Kantilever ışınının uzunluğu, genişliği ve kalınlığı sırasıyla 380 mm x 51 mm x 3,8 mm olmalıdır. Cıvata ve somunlarla ameliyat masasının bir ucunu düzeltin.</li>
	<li>Merkezden bir haç ve kantilever ışınının serbest ucundan 160 mm çekin.</li>
	<li>Kantilever kirişindeki oksit tabakasını çıkarmak için, yapıştırmadan önce yüzeyini ince zımpara kağıdıyla parlata. Taşlama yönü, gerinim ölçer tel ızgarayönünden yaklaşık 45° olmalıdır. Kantilever ışınının yüzeyini ve gerinim ölçer macunun yüzeyini silmek için aseton la ıslatılmış pamuk kullanın.</li>
	<li>Sürüş cihazını ve gerinim göstergesi göstergesini bağlayın. Elektriği aç. Gerinim değişikliklerini ölçmek için sabit ucundaki alüminyum çubuğun orta yüzeyine monte edilmiş bir gerinim ölçer kullanın.</li>
	<li>Konsantre kuvvet girdisini kontrol etmek için standart ağırlığı kantilever ışınının serbest ucuna sabitle. Çeyrek köprü bağlantı yöntemiyle geleneksel bir gerinim ölçer göstergesi kullanarak verileri okuyun.</li>
	<li>Gerinim ölçerini aynı konumdaki ABS ve naylon amplifikatörlerle değiştirin.</li>
	<li>29 mm odak mesafesine 8 megapiksel sensörle PDMS lensi akıllı telefon kamerasına takın. Net bir görüntü elde edilene kadar kameranın odak uzaklığınızı ayarlayın. PDMS mikroskobu kullanarak işaretçinin yer değiştirmesini okuyun.</li>
	<li>Yükü her seferinde 1 N, 2 N, 3 N, 4 N ve 5 N olarak ayarlayarak 3,5 ve 3,6 adımlarını yineleyin.</li>
</ol>4. Sonlu elemanlar analizi
<ol><li>Gerinim ölçümü için naylon ve ABS parçalarının 3B sonlu eleman modellerini oluşturun (kullanılan yazılım için Malzeme Tablosu'na bakın). Cantilever ışınını ve yükseltici mekanizmasını yazılımın malzeme kitaplığına alın ve yerleşim konumlarını simüle edin.</li>
	<li>Bir cantilever ışınının hareketi altında yükseltici mekanizma işaretçisinin mekanik özelliklerini analiz edin.</li>
	<li>İnce eleman boyutuna sahip dört yüzlü elemanlar kullanarak 3B geometrik modellerde kullanılmak üzere meshe'ler oluşturun. Fleksiyon menteşelerini, özellikle işaretçi ile diğer gövdeler arasındaki menteşeyi hassaslaştırın. NOT: Alüminyum, naylon ve ABS için kullanılan genç elastikiyet modüllü sırasıyla 69 GPa, 2 GPa ve 2.3 GPa idi. Alüminyum, naylon ve ABS için kullanılan Poisson oranları sırasıyla 0.33, 0.44 ve 0.394 idi.</li>
	<li>Kantilever ışınının serbest ucunun ortasına 1 N'lik konsantre bir kuvvet uygulayın. 2 N, 3 N, 4 N ve 5 N ile tekrarlayın.</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>

Yazarlar çakışan bir çıkar beyan etmezler.

Çıkış deplasmanı, kantilever ışınının serbest ucunda yoğunlaşan kuvvetle doğrusal olarak gelişti ve FEA simülasyonları ile uyumluydu. Amplifikatörlerin hassasiyeti naylon için 36.55 ± 0.53 με/μm, ABS için 36.03 ± 1.34 με/μm idi. Kararlı hassasiyet, 3D baskı kullanarak yüksek hassasiyetli sensörlerin hızlı prototiplemefizliğini ve etkinliğini doğruladı. Amplifikatörler yüksek hassasiyete sahipti ve elektromanyetik parazitten arınmışlardı. Buna ek olarak, basit bir yapı, küçük bir hacim ve düşük bir ağırlık vardı. Katman k...

Hafif ama güçlü malzemelerin elde edilmesi modern endüstride özellikle önemlidir. Malzemelerin özellikleri kullanım sırasında stres, basınç, burulma ve bükme titreşimine maruz kaldığında etkilenir1,2. Bu nedenle, malzemelerin gerinim ölçümü dayanıklılıklarını analiz etmek ve kullanımı gidermek için önemlidir. Bu tür ölçümler, mühendislerin malzemelerin dayanıklılığını analiz etmelerini ve üretim sorunlarını gidermelerini sağlar. Endüstride en yaygın gerinim ölçüm yöntemi gerinim sensörlerikullanır 3. Geleneksel folyo sensörler yaygın olarak düşük maliyet ve iyi güvenilirlik nedeniyle kullanılır4. Elektrik sinyallerindeki değişiklikleri ölçerler ve bunları farklı çıkış sinyallerine dönüştürürler5,6. Ancak, bu yöntem ölçülen nesnedeki gerinim profilinin ayrıntılarını dışarıda bırakır ve analog sinyallerle titreşimsel elektromanyetik girişimden kaynaklanan gürültüye karşı hassastır. Mühendislikte doğru, son derece tekrarlanabilir ve kolay malzeme gerinim ölçüm yöntemleri geliştirmek önemlidir. Bu nedenle başka yöntemler de incelenmektedir.
Son yıllarda, nanomalzemeler müfettişlerin büyük ilgisini çekti. Osborn ve ark.7,8, küçük cisimler üzerindeki gerilimi ölçmek için elektron geri saçılımı (EBSD) kullanarak 3Boyutlu nanomalzemelerin gerilmesini ölçmek için bir yöntem önerdi. Moleküler dinamikleri kullanarak, Lina ve ark.9 grafenin katmanlar arası sürtünme gerinim mühendisliğini araştırdı. Rayleigh backscatter spektroskopisi (RBS) kullanılarak dağıtılan optik fiber gerinim ölçümleri, yüksek uzamsal çözünürlük ve hassasiyeti nedeniyle hata tespitinde ve optik cihazların değerlendirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır10. Izgara fiber optik (FBG)11,12 dağıtılmış gerinim sensörleri yaygın sıcaklık ve gerinim duyarlılıkları için yüksek hassasiyetli gerinim ölçümü13 için kullanılmıştır. Sanchez ve ark.14, reçine enjeksiyonundan sonra kürlemenin neden olduğu gerinim değişikliklerini izlemek için bir epoksi karbon fiber plakaya fiberoptik sensör yerleştirerek tüm gerinim işlemini ölçtü. Diferansiyel girişim kontrastı (DIC) alan deformasyonu güçlü bir ölçüm yöntemidir15,16,17 yaygın olarak kullanılan18. Toplanan görüntülerde ölçülen yüzey grisi seviyelerinin değişimleri karşılaştırılarak deformasyon analiz edilir ve gerilme hesaplanır. Zhang ve ark.19 geleneksel DIC gelişmeye güçlendirilmiş parçacıklar ve DIC görüntülerin giriş dayanan bir yöntem önerdi. Vogel ve Lee20 otomatik iki görünüm yöntemi kullanarak gerinim değerlerini hesapladı. Son yıllarda parçacık takviyeli kompozitlerde eşzamanlı mikroyapı gözlem ve gerinim ölçümü sağlanmıştır. Geleneksel gerinim sensörleri sadece tek bir yönde etkili bir şekilde gerinim ölçer. Zymelka ve ark.21, sensör direncindeki değişiklikleri algılayarak geleneksel gerinim ölçer yöntemini geliştiren çok yönlü esnek bir gerinim sensörü önerdi. Biyolojik veya kimyasal maddeler kullanılarak suş ölçmek de mümkündür. Örneğin, iyonik iletken hidrojeller iyi çekme özellikleri ve yüksek hassasiyeti nedeniyle gerinim /dokunsal sensörleriçin etkili bir alternatiftir22,23. Grafen ve kompozitmükemmel mekanik özelliklere sahip ve iyi piezoresistivity24,25,26ile birlikte yüksek taşıyıcı hareketlilik sağlar. Sonuç olarak, grafen bazlı gerinim sensörleri yaygın elektronik cilt sağlığı izleme, giyilebilir elektronik ve diğer alanlarda27,28kullanılmaktadır.
Bu çalışmada polidimethylsiloxane (PDMS) mikroskobu ve amplifikasyon sistemi kullanılarak kavramsal bir gerinim ölçümü sunulmuştur. Cihaz, tel veya elektrik bağlantısı gerektirmediği için geleneksel bir gerinim ölçerden farklıdır. Ayrıca, deplasman doğrudan görülebilir. Amplifikasyon mekanizması, ölçümlerin tekrarlanabilirliğini büyük ölçüde artıran test edilen nesnenin herhangi bir yerine yerleştirilebilir. Bu çalışmada, bir sensör ve bir gerinim amplifikatör 3D baskı teknolojisi tarafından yapılmıştır. İhtiyaçlarımız için verimliliğini artırmak için önce 3D yazıcıyı geliştirdik. Küresel ekstrüzyon cihazı, metal ve plastik nozulların dönüşümunu tamamlamak için dilimleme yazılımı tarafından kontrol edilen geleneksel tek malzemeli ekstrüzyonun yerini alacak şekilde tasarlanmıştır. İlgili kalıplama platformu değiştirildi ve yer değiştirme algılama cihazı (amplifikatör) ve okuma cihazı (PDMS mikroskobu) entegre edildi.

<table><tbody><tr><td>ABS</td><td>Hengli dejian plastik elektrik ürünleri fabrikası</td><td></td><td>Amplifikatör mekanizması için 1,75 mm çapında tel yazdırmak için kullanılır</td></tr><tr><td>Alüminyum 6063 T83 bar</td><td></td><td></td><td>Konsol kirişinin uzunluğu, genişliği ve kalınlığı 380 mm, 51 mm ve 3,8 mm'dir.</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>Dilimleme yazılımı, geliştirilmiş 3D yazıcı ile birlikte kullanılır</td></tr><tr><td>Kürleme maddesi</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>PDMS ve kürleme maddesi 10: 1 ağırlık oranı ile karıştırılır</td></tr><tr><td>Sürüş cihazı</td><td>Xinmingtian</td><td>E00</td><td></td></tr><tr><td>Geliştirilmiş 3D yazıcı ve aksesuarlar</td><td></td><td></td><td>Kendim yaptım. Döner küresel kaldırma platformu benimsenmiştir. Küresel kaldırma platformu, serbestçe değiştirilebilen ve yazdırılabilen bir nozul ve bir pipet ile donatılmıştır. Döner baskı platformu ile platform sıcaklığı serbestçe kontrol edilebilir.</td></tr><tr><td>iPhone 6</td><td>Apple</td><td>MG4A2CH/A</td><td>8 megapiksel sensör ve eşdeğer odak mesafesi 29 mm'dir</td></tr><tr><td>Magenetik karıştırıcı</td><td>SCILOGEX</td><td>MS-H280-Pro</td><td></td></tr><tr><td>Naylon</td><td>Hengli dejian plastik elektrik ürünleri fabrikası</td><td></td><td>Amplifikatör mekanizması için 1,75 mm çapında tel yazdırmak için kullanılır</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td>SYLGARDDC184</td><td>Viskoz karışım ısıtıldıktan ve sertleştirildikten sonra, görüntü elde etmek için cep telefonunun lens amplifikasyon cihazı ile birleştirilebilir.</td></tr><tr><td>Şekil analizörü</td><td>Gltech</td><td>SURFIEW 4000</td><td></td></tr><tr><td>Solidworks</td><td>Dassault Systems</td><td>Solidworks 2017</td><td>Modellemeye yardımcı</td></tr><tr><td>olun VISHAY gerinim ölçer</td><td>Vishay</td><td></td><td>Deneyde üretilen gerinim ölçmek için kullanılır.</td></tr><tr><td>VISHAY gerinim ölçer göstergesi</td><td>Vishay</td><td></td><td>Gerinim veri toplama.</td></tr></tbody></table>

geliştirilmiş 3d yazıcılı gerinim Ölçüm cihazı Üretimi

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

Geleneksel bir gerinim ölçüm sensörü elektrikli olması gerekir ve elektromanyetik girişime duyarlıdır. Geleneksel bir gerinim ölçer operasyonunda analog elektrik sinyalindeki dalgalanmaları çözmek için burada yeni bir gerinim ölçüm yöntemi sunulmaktadır. Mekanizmanın işaretçi yer değiştirme değişikliğini güçlendirerek gerinim değişimini görüntülemek için bir fotoğraf tekniği kullanır. Odak uzaklığı 7,16 mm olan görsel polidimethylsiloxane (PDMS) lens, görüntüleri yakalamak için mikroskop görevi yapan bir lens grubu oluşturmak için akıllı telefon kamerasına eklendi. 5.74 mm. Akrilonitril bütadiene stiren (ABS) ve naylon amplifikatörlerin sensör performansı üzerindeki etkisini test etmek için eşdeğer odak uzaklığı vardı. Amplifikatörler ve PDMS lens üretimi geliştirilmiş 3D baskı teknolojisine dayanmaktadır. Elde edilen veriler, geçerliliklerini doğrulamak için sonlu elemanlar analizi (FEA) sonuçları ile karşılaştırıldı. ABS amplifikatörün hassasiyeti 36.03 ± 1.34 με/μm, naylon amplifikatörün hassasiyeti 36.55 ± 0.53 με/μm idi.

Platform sıcaklığı arttığında, damlacık çapı ve eğrilik yarıçapı azalırken, temas açısı artmıştır(Şekil 3). Bu nedenle, PDMS odak uzaklığı arttı. Ancak, 220 °C'nin üzerindeki platform sıcaklıkları için damlacıklarda çok kısa bir kürlenme süresi gözlendi ve düzlem-konveks şekline kadar uzanamadı. Bu, akıllı telefon kamerasına yapışırken düşük ek alanına atfedilebilir. Bu nedenle tüm testlerde sadece 220 °C'de oluşan yumuşak lensler magnifier olarak kullanılmıştır. PDMS lensin odak uzaklığı 14...

Bu çalışma, bir amplifikasyon mekanizması ve geliştirilmiş bir 3D yazıcı kullanılarak üretilen bir polidimelisiloksane mikroskop oluşan bir gerinim ölçüm sensörü sunar.

Geliştirilmiş 3D Yazıcılı Gerinim Ölçüm Cihazı Üretimi

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

İki fazlı katı-sıvı imalatı, elektronik, biyofarmasötik, enerji ve savunma sektörleri de dahil olmak üzere çeşitli çalışma alanlarında yapısal mikrosfer malzemelerinin üretimine de uygulanabilir. Bu sistem tel veya elektrik bağlantısı gerektirmez ve mikroyapı deformasyonu ile ilgili çok çeşitli uygulamaların ölçülmesine olanak tanır. İşleme başlamadan önce, değiştirilmiş bir 3-B yazıcı, gerinim ölçer göstergesi, sürüş cihazı, destek çerçevesi, alüminyum çubuk, PDMS lens, akıllı telefon, ağırlıklar, baskılı amplifikatör ve gerinim ölçer içeren deneysel bir platform oluşturabilirsiniz.Yazıcıdaki naylon tabakasının yüksekliğini 0,05 milimetreye ayarlayın. Baskı kafasının çapını 0,2 milimetreye ayarlayın ve meme sıcaklığını 220 dereceye ayarlayın. Yazdırma hızını dakikada 2000 milimetreye ayarlayın.Küresel ekstrüzyon kafasının yönünü, metal başlığın düşük sıcaklık platformuna bakması için ayarlayın ve normal bir ekstrüzyon sağlamak için bir kontur yazdırın. Sonra sütuna naylon asmak. Ön uç, metal meme tarafından eritilecek baskı bobini kabına girmelidir.PDMS mikroskobu monte etmek için, pdms öncülünün 10-1 ağırlık oranını kür leme maddesi çözeltisine karıştırmak için manyetik karıştırıcı kullanın ve karışımı 40 dakika boyunca gazdan arındırın. Tüm kabarcıklar çıkarıldığında, karışımı küresel ekstrüzyon kafasının PDMS kabına dökün ve küresel ekstrüzyon kafasını ve platformunu plastik memenin yüksek sıcaklık platformuna bakabilmesi için döndürün. Plastik meme artışını 50 mikrolitreye ayarlayın ve pipet cihazının alt ucunu kalıptan 20 milimetre uzağa yerleştirmek için nozul döndürmesini ve step motorunu Z ekseninde kullanın.Daha sonra yüksek sıcaklık platformlarını ısıtın ve PDMS lensi yazdırmak için PDMS kabını sıkın. Yazdırılan PDMS lens oda sıcaklığına kadar soğuduğunda, yazıcıdan çıkarmak için kauçuk cımbız kullanın. Yükleme testi gerinim ölçümü yapmak için, 380'in bir ucunu 380'e 51'e 3,8 milimetrelik alüminyum 6063-T83 çubuğuyla ameliyat masasına sabitlemek ve merkeze bir haç ve kantilever ışınının serbest ucundan 160 milimetre çekmek için somun ve cıvata kullanın.Işın üzerindeki oksit tabakasını çıkarmak için yüzeyi, gerilim ölçer tel ızgarayönünden yaklaşık 45 derecelik bir açıyla ince zımpara kağıdıyla parlatın. Zıpkınlı kantilever Kirişinin yüzeyini ve gerinim ölçer macunun yüzeyini silmek için aseton la ıslatılmış pamuk kullanın. Ardından sürüş cihazını ve gerinim göstergesini bağlayın ve gücü açın.Daha sonra, alüminyum çubuğun orta yüzeyine sabit ucunda bir gerinim ölçer ilerler ve konsantre kuvvet girişini kontrol etmek için kantilever ışınının serbest ucuna standart bir ağırlığı sabitle. Gerinim ölçerini naylon amplifikatörle değiştirmeden önce, üç aylık köprü bağlantı yöntemiyle geleneksel bir gerinim ölçer göstergesi kullanarak temel okuma kaydedin. PDMS lensi, 29 milimetrelik odak mesafesine sahip sekiz megapiksel sensörlü bir akıllı telefon kamerasına takın ve net bir görüntü elde edilene kadar kameranın odak uzaklığınızı ayarlayın.Ardından işaretçinin yer değiştirmesini okumak için PDMS mikroskobu kullanın. Sonlu elemanlar çözümlemesi yapmak için, cantilever ışınını ve yükseltici mekanizmayı yazılımın malzeme kitaplığına alın ve yerleşim konumlarını simüle edin. Bir cantilever ışınının hareketi altında yükseltici mekanizma işaretçisinin mekanik özelliklerini analiz edin ve 3-B geometrik modellerde kullanılmak üzere meshes oluşturmak için ince bir eleman boyutu ile tetrahedral elemanları kullanın.Daha sonra fleksiyon menteşelerini, özellikle işaretçi ve diğer cisimler arasındaki menteşeyi rafine edin ve bir newtonun konsantre kuvvetini kantilever ışınının serbest ucunun ortasına uygulayın. Platform sıcaklığı arttıkça damlacık çapı ve eğrilik yarıçapı azalır ve temas açısı artar. Burada deneysel deplasman ölçümü ile naylon için FEA simülasyonları karşılaştırılması gösterilmiş, bu grafik abs'nin eğimleri arasındaki minimum ve maksimum tutarsızlıkları göstermektedir.Bu temsili deneyde naylon ve ABS ölçüm hassasiyetleri belirlendi. PDMS lensin kalıplama sıcaklığını kontrol etmek zordur. Sıcaklık değişimlerinin tolerans dahilinde olduğundan emin olmak için temassız kızılötesi radyasyon termometresi ve yüksek sıcaklık platformu kullanıyoruz.Bu katı-sıvı üretim yöntemi, biyofarmasötik alanındaki çalışmalara, özellikle mikrosfer yapılarının hazırlanmasında da uygulanabilir.

production-of-a-strain-measuring-device-with-an-improved-3d-printer

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Biz temiz oda ya da yumuşak litografi gerek kalmadan, birden çok farklı suşları için benzer dinamik koşullar uygulanarak yeteneğine microfluidic cihazlar üretmek için basit bir yöntem sunulmaktadır.

Birden Farklı Suşlarının incelenmesi için bir mikroakışkan Cihazı

Biz bir sıvı enjeksiyon sistemi olarak kalıp tasarımı ve modifiye desikatöre için erimiş birikimi modelleme 3D yazıcılar kullanarak düşük maliyetli ve sıvı elastomer kauçuk enjeksiyon kalıp cihazların hızlı prototipleme için bir yöntem geliştirdiler.

Sıvı Enjeksiyon için 3D Baskılı Kalıpları Kullanma Tıbbi Cihazlar hızlı ve düşük maliyetli Prototip

Burada mikrosıvısal uygulamalarında kullanılmak üzere bir basınç kontrollü şırınga pompa oluşturmak için bir iletişim kuralı mevcut. Bu şırınga pompa bir additively imal edilmiş vücut, kapalı donanım ve açık kaynak elektronik yapılır. Elde edilen sistemdir düşük maliyetli, oluşturmak, basit ve hızlı mikrosıvısal araştırma etkinleştirmek için iyi düzenlenmiş sıvı akışı sunar.

Üç boyutlu termoplastik malzemelerin oluşturmak için yazdırma şırınga pompalar geribildirim denetimiyle mikrosıvısal uygulamalar için otomatik

Burada, standart geometriler ile 3D baskılı metal Phantom ile İntraoral tarayıcıdan elde edilen rekabet-Arch dijital izlenim her bölümünde deformasyon derecesini ölçmek için bir protokol sunuyoruz.

Bir optik diş Izlenim Complete-Arch distorsiyon ölçme

Bu makalede, düşük maliyetli bir ticari 3D yazıcıyı, desenli biyosilmların yazdırmayı kolaylaştıracak bir bakteriyel 3D yazıcıya dönüştürme yöntemi açıklanır. Bioprinter ve biyo-mürekkep hazırlama tüm gerekli yönleri, hem de biyolojiler oluşumunu değerlendirmek için doğrulama yöntemleri açıklanmıştır.

Bir do-it-yourself Bioprinter ile tasarlanan Biyosilmların üç boyutlu deseni

Bu çalışmanın amacı, biyomedikal ve gıda baskı sektörlerindeki uygulamalar için açık kaynak ve düşük maliyetli bileşenlerden yapılmış rezervuar bazlı erime ekstrüzyonu üç boyutlu yazıcı tasarlamak ve inşa etmektir.

Bir Açık Kaynak Tasarımı, Düşük Maliyetli Bioink ve Gıda Melt Extrusion 3D Yazıcı

Sunulan yöntem, canlı konfokal mikroskopiye izin verirken silikon kauçuğun içine gömülü 3D yumuşak hidrojellerin tek eksenli gerilmesini içerir. Dış ve iç hidrojel suşlarının karakterizasyonu ve fiber hizalaması gösterilmiştir. Geliştirilen cihaz ve protokol, hücrelerin çeşitli gerinim rejimlerine tepkisini değerlendirebilir.

Canlı Mikroskopi Görüntüleme Altında 3D Hidrojellerin Kontrollü Suşu

Mikrometre ölçeğinde 3D baskı, nöronal hücre kültürleri için polimerik cihazların hızlı prototiplenmesini sağlar. Bir prensip kanıtı olarak, nöronlar arasındaki yapısal bağlantılar, nörit büyümesini etkileyen bariyerler ve kanallar oluşturularak kısıtlanırken, bu tür manipülasyonun işlevsel sonuçları hücre dışı elektrofizyoloji tarafından gözlemlendi.

Mikro Ölçekli Nöronal Hücre Kültürü Cihazlarının İki Foton Polimerizasyonu 3D Baskısı

Bu protokol, geleneksel sıvı kültürlerden veya Petri kaplarından daha doğal yaşam alanlarına daha çok benzeyen karmaşık 3D gözenekli hidrojel matrislerinde hareketliliklerini ve büyümelerini incelemek için bakteri kolonilerinin üç boyutlu (3D) baskısı için bir prosedürü açıklar.

Karmaşık 3D Gözenekli Ortamlarda Hareketliliği ve Büyümeyi İncelemek için 3D Baskı Bakterileri

Bu protokol, küçük gerilme bölgesindeki mikroyapıların mekanik özelliklerini hassas şekilde ölçebilen bir sıkıştırma test cihazının konfigürasyonunu ve bu cihazla yapılan sistematik bir sıkıştırma testi yöntemini sunar. Önerilen cihaz, çeşitli mikroyapıları ve polimer bazlı malzemelerin mekanik davranışlarını analiz etmek için kullanılabilir.

Küçük Deformasyonlarda Sıkıştırıcı Gerilme-Deformasyon Yanıtının Ölçümü

Burada, hücrelere izotropik ve tek eksenli dalga formları uygulayan, aynı zamanda ayarlanabilir sertliğe ve özelleştirilebilir protein matrislerine sahip substratlar üzerinde kültürü destekleyen yeni bir cihaz sunuyoruz. Bu basit ve ekonomik platform, araştırmacıların mekanik ipuçlarının hem temel çalışmalarda hem de hastalıkla ilgili bağlamlarda hücresel fonksiyonu nasıl düzenlediğini araştırmalarını sağlar.

In Vitro Hücresel Esneme ve Görüntüleme İçin Yeni Bir Platform

Öğrenin, geliştirilmiş 3D yazıcı kullanarak PDMS mikroskobu entegre edilmiş gerinim ölçüm sensörü üretimini. Bu yöntem, elektrik bağlantısı olmadan mikroyapı deformasyonu ölçümü sağlar ve malzeme bilimi uygulamaları için değerlidir.

Geliştirilmiş 3D Yazıcılı Gerinim Ölçüm Cihazı Üretimi

Daha fazla video keşfet