Name: production of a strain-measuring device with an improved 3d printer
Uploaded: 2020-01-30T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Production of a Strain-Measuring Device with an Improved 3D Printer at JoVE.com

Dit werk werd financieel ondersteund door de National Science Foundation of China (Grant No. 51805009).

1. Vergadering van het versterkingsmechanisme
<ol><li>Bouw een experimenteel platform met een verbeterde 3D-printer, een spanningsmeterindicator, een aandrijfapparaat, een ondersteuningsframe, een aluminium balk, een PDMS-lens, een smartphone, gewichten, een geprinte versterker(Supplemental Figuur 1) en een stammeter, zoals weergegeven in figuur 1.</li>
	<li>Stel de hoogte van elke laag in de printer in op 0,05 mm voor nylon en 0,2 mm voor ABS. Stel de diameter van de prin...

<ol>
	<li>Laramore, D., Walter, W., Bahadori, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+a+micro-nuclear-mechanical+system+for+strain+measurement.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+strain+rate+on+mechanical+properties+of+the+bamboo+material+under+quasi-static+and+dynamic+loading+condition.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+printed+sensors+on+foil.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+a+micro-nuclear-mechanical+system+for+strain+measurement.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Printed+strain+sensors+in+organic+coatings:+In+depth+analysis+of+sensor+signal+effects.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Foil-integrated+2D+Optical+Strain+Sensors.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+measurement+of+3D+structured+nanodevices+by+EBSD.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+the+reliability+of+twin+variant+analysis+in+Mg+alloys+by+in+situ+EBSD+technique.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+engineering+of+friction+between+graphene+layers.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-range+measurement+of+Rayleigh+scatter+signature+beyond+laser+coherence+length+based+on+coherent+optical+frequency+domain+reflectometry.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Strain+Fiber+Bragg+Gratings+for+Structural+Fatigue+Testing+of+Military+Aircraft.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+investigation+of+a+sensitivity-enhanced+fiber+Bragg+Grating+sensor+for+micro-strain+measurement.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+FBG+based+displacement+transducer+for+small+soil+deformation+measurement.">An FBG based displacement transducer for small soil deformation measurement.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 286, 35-42 (2019).</li><li>S&#225;nchez, D. Z., Gresil, M., Soutis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distributed+internal+strain+measurement+during+composite+manufacturing+using+optical+fibre+sensors.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+image+correlation+(DIC)+for+measurement+of+strains+and+displacements+in+coarse,+low+volume-fraction+FRP+composites+used+in+civil+infrastructure.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Uncertainty+in+Digital+Image+Correlation+Technique+for+Strain+Measurement.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+strain+mapping+of+GO+nanosheets+under+in+situ+TEM+tensile+testing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+digital+image+correlation+(DIC)+to+sloshing+liquids.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+measurement+of+particle+reinforced+composites+at+microscale:+an+approach+towards+concurrent+characterization+of+strain+and+microstructure.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+two-view+method+for+determining+strain+distributions+on+deformed+surfaces.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thin-film+flexible+sensor+for+omnidirectional+strain+measurements.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+stretchable+ionic+conducting+hydrogels+for+strain/tactile+sensors.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microdevice+arrays+with+strain+sensors+for+3D+mechanical+stimulation+and+monitoring+of+engineered+tissues.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrahigh+electron+mobility+in+suspended+Graphene.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromechanical+piezoresistive+sensing+in+suspended+graphene+membranes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+piezoresistivity+of+nanographene+films+for+strain+sensing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene-based+transparent+strain+sensor.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensitive+electromechanical+sensors+using+viscoelastic+graphene+polymer+nanocomposites.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabricating+optical+lenses+by+inkjet+printing+and+heat-assisted+in+situ+curing+of+polydimethylsiloxane+for+smartphone+microscopy.">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>

De outputverplaatsing evolueerde lineair met de kracht geconcentreerd aan het vrije eind van de cantilever straal en was verenigbaar met de FEA simulaties. De gevoeligheid van de versterkers was 36,55 ± 0,53 με/μm voor nylon en 36,03 ± 1,34 με/μm voor ABS. De stabiele gevoeligheid bevestigde de haalbaarheid en de effectiviteit van de rapid prototyping van precisiesensoren met behulp van 3D-printen. De versterkers hadden een hoge gevoeligheid en waren vrij van elektromagnetische interferentie. Bovendien hadden ze ...

Het verkrijgen van lichte maar sterke materialen is vooral belangrijk in de moderne industrie. De eigenschappen van materialen worden beïnvloed wanneer ze worden blootgesteld aan stress, druk, torsie en buigtrillingen tijdens gebruik1,2. Zo is het belangrijk om hun duurzaamheid te analyseren en het gebruik op te lossen. Dergelijke metingen stellen ingenieurs in staat om de duurzaamheid van materialen te analyseren en productieproblemen op te lossen. De meest voorkomende methode voor stammeting in de industrie maakt gebruik van stamsensoren3. Traditionele folie sensoren worden veel gebruikt vanwege hun lage kosten en goede betrouwbaarheid4. Ze meten de veranderingen in elektrische signalen en zetten ze om naar verschillende uitgangssignalen5,6. Deze methode laat echter de details van het stamprofiel in het gemeten object weg en is gevoelig voor ruis van trillingselektromagnetische interferentie met analoge signalen. Het ontwikkelen van nauwkeurige, zeer herhaalbare en eenvoudige materiaalbelastingmeetmethoden is belangrijk in de techniek. Zo worden andere methoden bestudeerd.
In de afgelopen jaren hebben nanomaterialen veel belangstelling gewekt van onderzoekers. Om de druk op kleine objecten te meten, stelde Osborn et al.7,8 een methode voor om de stam van 3D nanomaterialen te meten met behulp van elektronenbackscatter (EBSD). Met behulp van moleculaire dynamica onderzochten Lina et al.9 de tussenlaagwrijvingsstamtechniek van grafeen. Gedistribueerde glasvezel stam metingen met behulp van Rayleigh backscatter spectroscopie (RBS) zijn op grote schaal gebruikt in foutdetectie en voor de evaluatie van optische apparaten als gevolg van hun hoge ruimtelijke resolutie en gevoeligheid10. Roostervezel (FBG)11,12 gedistribueerde stam sensoren zijn op grote schaal gebruikt voor high-precision stam meting13 voor hun gevoeligheid voor temperatuur en spanning. Om de stamveranderingen te controleren die door het uitharden na harsinjectie worden veroorzaakt, ingebed sanchez et al.14 een fiberoptische sensor in een epoxy koolstofvezelplaat en mat het volledige spanningsproces. Differentiële interferentie contrast (DIC) is een krachtige meetmethode van het veld vervorming15,16,17 die op grote schaal wordt gebruikt en18. Door de veranderingen van gemeten oppervlaktegrijze niveaus in de verzamelde beelden te vergelijken, wordt de vervorming geanalyseerd en wordt de stam berekend. Zhang et al.19 stelde een methode voor die op de introductie van versterkte deeltjes en dic beelden vertrouwt om van traditionele DIC te evolueren. Vogel en Lee20 berekenden stamwaarden met behulp van een automatische twee-view methode. In de afgelopen jaren maakte dit gelijktijdige microstructuurobservatie en stammeting in deeltjesversterkte composieten mogelijk. Traditionele stamsensoren meten alleen effectief spanning in één richting. Zymelka et al.21 stelde een omnidirectionele flexibele spanningssensor voor die een traditionele stammetermethode verbetert door veranderingen in de sensorweerstand te detecteren. Het is ook mogelijk om stam te meten met biologische of chemische stoffen. Ionische geleidende hydrogels zijn bijvoorbeeld een effectief alternatief voor spannings-/tactiele sensoren vanwege hun goede trekeigenschappen en hoge gevoeligheid22,23. Grafeen en zijn composieten hebben uitstekende mechanische eigenschappen en zorgen voor een hoge drager mobiliteit samen met een goede piëzoresistiviteit24,25,26. Bijgevolg zijn op grafeen gebaseerde stamsensoren op grote schaal gebruikt in de elektronische huidgezondheid monitoring, draagbare elektronica, en andere gebieden27,28.
In dit werk wordt een conceptuele stammeting gepresenteerd met behulp van een polydimethylsiloxane (PDMS) microscoop en een versterkingssysteem. Het apparaat is anders dan een traditionele stammeter omdat het geen draden of elektrische verbindingen vereist. Bovendien kan verplaatsing direct worden waargenomen. Het versterkingsmechanisme kan op elke locatie op het geteste object worden geplaatst, wat de herhaalbaarheid van de metingen sterk verhoogt. In deze studie werden een sensor en een zeefversterker gemaakt door 3D-printtechnologie. We hebben eerst de 3D-printer verbeterd om de efficiëntie voor onze behoeften te verhogen. Een bolvormig extrusie apparaat werd ontworpen ter vervanging van de traditionele single-material extruder gecontroleerd door de snijden software om de conversie van de metalen en plastic sproeiers te voltooien. Het bijbehorende gietplatform werd gewijzigd en het displacement-sensing apparaat (versterker) en het leesapparaat (PDMS microscoop) werden geïntegreerd.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>ABS</td>
			<td>Hengli dejian plastic electrical products factory</td>
			<td></td>
			<td>Used for printing 1.75 mm diameter wire for amplifying mechanism</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum 6063 T83 bar</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>The length, width and thickness of cantilever beam are 380 mm, 51 mm, and 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>Slicing softare,using with the improved 3D printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curing agent</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td></td>
			<td>PDMS and curing agent are mixed with the weight ratio of 10:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Driving device</td>
			<td>Xinmingtian</td>
			<td>E00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Improved 3D printer and accessories</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Made by myself. The rotary spherical lifting platform is adopted. The spherical lifting platform is equipped with a nozzle and a pipette, which can be switched and printed freely. With a rotary printing platform, the platform temperature can be freely controlled.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>iPhone 6</td>
			<td>Apple</td>
			<td>MG4A2CH/A</td>
			<td>8-megapixel sensor and the equivalent focus distance is 29mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magenetic stirrer</td>
			<td>SCILOGEX</td>
			<td>MS-H280-Pro</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nylon</td>
			<td>Hengli dejian plastic electrical products factory</td>
			<td></td>
			<td>Used for printing 1.75 mm diameter wire for amplifying mechanism</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PDMS</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>SYLGARDDC184</td>
			<td>After the viscous mixture is heated and hardened, it can be combined with the lens amplification device of the mobile phone for image acquisition.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shape analyzer</td>
			<td>Gltech</td>
			<td>SURFIEW 4000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solidworks</td>
			<td>Dassault Systems</td>
			<td>Solidworks 2017</td>
			<td>Assist to modelling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VISHAY strain gauge</td>
			<td>Vishay</td>
			<td></td>
			<td>Used to measure the strain produced in the experiment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VISHAY strain gauge indicator</td>
			<td>Vishay</td>
			<td></td>
			<td>Strain data acquisition.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

Een traditionele stammeetsensor moet geëlektrificeerd worden en is gevoelig voor elektromagnetische interferentie. Om de schommelingen in het analoge elektrische signaal in een traditionele stammeteroperatie op te lossen, wordt hier een nieuwe stammeetmethode gepresenteerd. Het maakt gebruik van een fotografische techniek om de stam verandering weer te geven door het versterken van de verandering van de aanwijzer verplaatsing van het mechanisme. Een visuele polydimethylsiloxane (PDMS) lens met een brandpuntsafstand van 7,16 mm werd toegevoegd aan een smartphonecamera om een lensgroep te genereren die fungeert als een microscoop om beelden vast te leggen. Het had een gelijkwaardige brandpuntsafstand van 5,74 mm. Acrylonitril butadieen styreen (ABS) en nylon versterkers werden gebruikt om de invloed van verschillende materialen op de sensor prestaties te testen. De productie van de versterkers en PDMS lens is gebaseerd op verbeterde 3D-printtechnologie. De verkregen gegevens werden vergeleken met de resultaten van eindige elementenanalyse (FEA) om de geldigheid ervan te verifiëren. De gevoeligheid van de ABS versterker was 36,03 ± 1,34 με/μm, en de gevoeligheid van de nylon versterker was 36,55 ± 0,53 με/μm.

Toen de temperatuur van het platform steeg, nam de druppeldiameter en de krommingsstraal af, terwijl de contacthoek toenam(figuur 3). Daarom is de brandpuntsafstand van de PDMS toegenomen. Voor platformtemperaturen boven de 220 °C werd echter een zeer korte uithardingstijd waargenomen in de druppels, en ze konden zich niet uitstrekken tot een vlak-convexe vorm. Dit kan worden toegeschreven aan het lage bevestigingsgebied bij het vasthouden aan een smartphonecamera. Daarom werden alleen zach...

Watch this Scientific Journal Video about Production of a Strain-Measuring Device with an Improved 3D Printer at JoVE.com

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

Dit werk presenteert een stam meetsensor bestaande uit een versterkingmechanisme en een polydimethylsiloxane microscoop vervaardigd met behulp van een verbeterde 3D-printer.

Productie van een stammeetapparaat met een verbeterde 3D-printer

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

De twee-fase vaste-vloeibare fabricage kan ook worden toegepast op de productie van structurele microsfeer materialen in verschillende gebied van studie, met inbegrip van de elektronica, biofarmaceutische, energie, en defensie sectoren. Dit systeem vereist geen draden of elektrische aansluiting en maakt het mogelijk een breed scala aan toepassingen met betrekking tot microstructuurvervorming te meten. Bouw voor aanvang van de procedure een experimenteel platform met een aangepaste 3D-printer, een stammeterindicator, een rij-apparaat, een ondersteuningsframe, een aluminiumreep, een PDMS-lens, een smartphone, gewichten, een afgedrukte versterker en een stammeter.Stel de hoogte van de nylon laag in de printer in op 0,05 millimeter. Stel de diameter van de drukkop in op 0,2 millimeter en stel de mondstuktemperatuur in op 220 graden Celsius. Stel de afdruksnelheid in op 2000 millimeter per minuut.Pas de oriëntatie van de bolvormige extrusiekop zo aan dat de metalen nozzle naar het lage temperatuurplatform kijkt en een contour afdrukt om een normale extrusie te garanderen. Hang dan het nylon aan de kolom. De voorkant moet in de printspoelcontainer terechtkomen om door het metalen mondstuk te smelten.Gebruik een magnetische roerder om een gewichtsverhouding van 10 tegen één gewichtsverhouding van PDMS-voorloper voor het uitharden van het middel te mengen en het mengsel gedurende 40 minuten te ontgassen. Wanneer alle bellen zijn verwijderd, giet het mengsel in de PDMS container van de bolvormige extrusie kop en draai de bolvormige extrusie kop en platform, zodat de plastic mondstuk geconfronteerd met de hoge temperatuur platform. Stel de kunststof nozzle stap op 50 microliters en gebruik de nozzle rotatie en de stepper motor in de Z-as om de onderkant van de pipet apparaat 20 millimeter afstand van de mal.Verwarm vervolgens het hoge temperatuurplatform en knijp in de PDMS-container om de PDMS-lens af te drukken. Wanneer de afgedrukte PDMS-lens is afgekoeld tot kamertemperatuur, gebruikt u rubberen pincet om deze uit de printer te verwijderen. Voor het uitvoeren van een belastingtest stam meting, gebruik moeren en bouten om een uiteinde van een 380 bij 51 bij 3,8 millimeter aluminium 6063-T83 bar vast te stellen aan de operatietafel en trek een kruis in het midden en 160 millimeter van het vrije uiteinde van de cantilever balk.Om de oxidelaag op de balk te verwijderen, polijst u het oppervlak met fijn schuurpapier onder een hoek van ongeveer 45 graden vanuit de richting van het draadraster van de stammeter. Gebruik watten gedrenkt in aceton om het oppervlak van de geschuurde cantilever balk en het oppervlak van de stammeter pasta af te vegen. Sluit vervolgens het aandrijfapparaat en de stammeterindicator aan en zet het vermogen aan.Monteer vervolgens een stammeter op het middenoppervlak van de aluminiumbalk aan het vaste uiteinde en bevestig een standaardgewicht aan het vrije uiteinde van de cantilever-balk om de geconcentreerde krachtinvoer te regelen. Neem een uitlezing van de basislijn op met behulp van een conventionele stammeterindicator met een kwartbrugverbindingsmethode voordat u de stammeter vervangt door een nylon versterker. Bevestig de PDMS-lens op een smartphonecamera met een acht megapixelsensor op een scherpstelafstand van 29 millimeter en pas de brandpuntsafstand van de camera aan totdat een duidelijk beeld is verkregen.Gebruik vervolgens de PDMS-microscoop om de verplaatsing van de aanwijzer te lezen. Als u een eindige elementanalyse wilt uitvoeren, importeert u de cantileverstraal en het versterkende mechanisme in de materiaalbibliotheek van de software en simuleert u hun plaatsingsposities. Analyseer de mechanische eigenschappen van de aanwijzer van het versterkende mechanisme onder de werking van een cantileverstraal en gebruik tetraëderelementen met een fijne elementgrootte om mazen te genereren voor gebruik in 3D geometrische modellen.Verfijn vervolgens de buigscharnieren, met name het scharnier tussen de aanwijzer en de andere lichamen, en breng een geconcentreerde kracht van een newton aan op het midden van het vrije uiteinde van de cantileverstraal. Naarmate de temperatuur van het platform wordt verhoogd, nemen de druppeldiameter en krommingsstraal af en neemt de contacthoek toe. Hier wordt een vergelijking van de experimentele verplaatsingsmeting met de FEA simulaties voor nylon getoond, terwijl deze grafiek de minimale en maximale verschillen tussen de hellingen voor ABS illustreert.In dit representatieve experiment werden de meetgevoeligheden voor nylon en ABS bepaald. Het regelen van de vormtemperatuur van de PDMS lens is moeilijk. We gebruiken een contactloze infraroodstralingsthermometer en een hoog temperatuurplatform om ervoor te zorgen dat de temperatuurveranderingen binnen tolerantie liggen.Deze vaste-vloeibare productiemethode kan ook worden toegepast op studies op het gebied van biofarmaceutica, met name voor de bereiding van microsfeerstructuren.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Transformations of Stress and Strain

SCIENTISTS IN ACTION

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

Ontwikkeling van een 3D Grafeen elektrode dielectrophoretic Device

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

Hand Gecontroleerde Manipulatie van enkele moleculen via een Scanning Probe Microscope met een 3D Virtual Reality Interface

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

The Modular Design and Production of an Intelligent Robot Based on a Closed-Loop Control Strategy

Het modulaire ontwerp en de productie van een intelligente Robot gebaseerd op een controlestrategie van Closed-Loop

Intelligent robots are part of a new generation of robots that are able to sense the surrounding environment, plan their own actions and eventually reach ...

A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing

Een 3D-gedrukte kamer voor organische opto-elektronische apparaat afbraak testen

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, ...

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

Een zachte Tooling Process Chain voor spuitgieten van een 3D-Component met Micro pijlers

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Een standaard en betrouwbare methode om te fabriceren tweedimensionale nano-elektronica

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

A Polymer-based Piezoelectric Vibration Energy Harvester with a 3D Meshed-Core Structure

Een polymeer gebaseerde piëzo-elektrische trillingen energie aardappelrooier met een 3D-structuur van de Meshed-Core

In this study, we fabricated a flexible 3D mesh structure with periodic voids by using a 3D lithography method and applying it to a vibration energy ...

3D Printing - Evaluating Particle Emissions of a 3D Printing Pen

3D-printen - Deeltjesemissies van een 3D-printpen evalueren

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament ...

Elaborate Control of Inkjet Printer for Fabrication of Chip-based Supercapacitors

Uitgebreide controle van inkjetprinter voor fabricage van chipgebaseerde supercondensatoren

There are tremendous efforts in various fields to apply the inkjet printing method for the fabrication of wearable devices, displays, and energy storage ...