使用改进的 3D 打印机生产应变测量设备

两相固体-液体制造还可用于各种研究领域的结构性微球材料的制造，包括电子、生物制药、能源和国防领域。该系统不需要电线或电气连接，并允许测量与微观结构变形相关的各种应用。在开始该程序之前，构建一个实验平台，包括经过改进的三元打印机、应变计指示器、驱动装置、支撑框架、铝棒、PDMS 镜头、智能手机、重量、打印放大器和应变片。

将打印机中尼龙层的高度设置为 0.05 毫米。将打印头的直径设置为 0.2 毫米，将喷嘴温度设置为 220 摄氏度。将打印速度设置为每分钟 2000 毫米。

调整球面挤出头的方向，使金属喷嘴面向低温平台并打印轮廓，以确保正常挤出。然后将尼龙挂在柱子上。前端必须进入印刷线圈容器，才能被金属喷嘴熔化。

要组装 PDMS 显微镜，请使用磁搅拌器将 PDMS 前体的重量比混合为固化剂溶液，并解气 40 分钟。拆下所有气泡后，将混合物倒入球面挤出头的 PDMS 容器中，并旋转球面挤出头和平台，使塑料喷嘴面向高温平台。将塑料喷嘴增量设置为 50 微升，并使用 Z 轴中的喷嘴旋转和步进电机将移液器装置的底端放在离模具 20 毫米远的地方。

然后加热高温平台并挤压 PDMS 容器以打印 PDMS 镜头。当打印的 PDMS 镜头冷却到室温时，请使用橡胶钳将其从打印机上卸下。要执行负载测试应变测量，请使用螺母和螺栓将 380 的一端 51 到 3.8 毫米铝 6063-T83 bar 固定在操作台上，并在悬臂梁的自由端绘制一个十字和 160 毫米。

要去除梁上的氧化层，请从应变片线栅的方向以大约 45 度角用细砂纸抛光表面。使用浸在丙酮中的棉布擦拭打磨的悬臂梁表面和应变片膏的表面。然后连接驱动装置和应变计指示灯并打开电源。

接下来，将应变片安装在固定端的铝棒中心表面上，将标准重量固定到悬臂梁的自由端，以控制集中力输入。在用尼龙放大器替换应变片之前，使用传统的应变计指示器使用四分之一桥连接方法记录基线读数。将 PDMS 镜头连接到具有 800 万像素传感器的智能手机相机上，对焦距离为 29 毫米，并调整相机的焦距，直到获得清晰的图像。

然后使用 PDMS 显微镜读取指针的位移。要执行有限元分析，请将悬臂束和放大机构导入软件的材料库并模拟其放置位置。在悬臂束的作用下分析放大机构指针的机械性能，并使用具有精细元素尺寸的四面体元件生成网格，用于三维几何模型。

然后细化弯曲铰链，特别是指针与其他实体之间的铰链，并应用一个牛顿的集中力到悬臂束的自由端的中心。随着平台温度的升高，液滴直径和曲率半径减小，接触角增大。这里显示了实验位移测量与尼龙的FEA模拟的比较，而此图说明了ABS的坡度之间的最小和最大差异。

在这个具有代表性的实验中，确定了尼龙和ABS的测量敏感性。控制 PDMS 镜头的成型温度很困难。我们使用非接触式红外辐射温度计和高温平台，以确保温度变化在容差范围内。

这种固体液体制造方法也适用于生物制药领域的研究，特别是微球结构的制备。