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

Dette arbeidet ble økonomisk støttet av National Science Foundation of China (Grant No. 51805009).

1. Montering av forsterkningsmekanismen
<ol><li>Konstruere en eksperimentell plattform, inkludert en forbedret 3D-skriver, en belastningsmålerindikator, en drivende enhet, en støtteramme, en aluminiumsstang, en PDMS-linse, en smarttelefon, vekter, en trykt forsterker (Tilleggsfigur 1)og en belastningsmåler, som vist i figur 1.</li>
	<li>Sett høyden på hvert lag i skriveren på 0,05 mm for nylon og 0,2 mm for ABS. Sett diameteren på utskriftshodet til 0,2 mm i begge t...

<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>

Utgangsforskyvningen utviklet seg lineært med kraften konsentrert i den frie enden av cantilever strålen og var i samsvar med FEA-simuleringene. Følsomheten til forsterkere var 36,55 ± 0,53 με/μm for nylon og 36,03 ± 1,34 με/μm for ABS. Den stabile følsomheten bekreftet gjennomførbarheten og effektiviteten av den raske prototypingen av høypresisjonssensorer ved hjelp av 3D-utskrift. Forsterkere hadde høy følsomhet og var fri for elektromagnetisk interferens. I tillegg hadde de en enkel struktur, et lite v...

Å skaffe lette, men sterke materialer er spesielt viktig i moderne industri. Egenskapene til materialer påvirkes når de utsettes for stress, trykk, våp og bøyevibrasjon under bruk1,2. Dermed er belastningsmåling av materialer viktig for å analysere holdbarheten og feilsøke bruk. Slike målinger gjør det mulig for ingeniører å analysere holdbarheten av materialer og feilsøke produksjonsproblemer. Den vanligste belastningsmålingsmetoden i industrien bruker belastningssensorer3. Tradisjonelle foliesensorer er mye brukt på grunn av deres lave kostnader og god pålitelighet4. De måler endringene i elektriske signaler og konverterer dem til forskjellige utgangssignaler5,6. Denne metoden utelater imidlertid detaljene i belastningsprofilen i det målte objektet og er utsatt for støy fra vibrasjonselektromagnetisk interferens med analoge signaler. Å utvikle nøyaktige, svært repeterbare og enkle målemetoder for materiale er viktig i ingeniørfaget. Dermed studeres andre metoder.
De siste årene har nanomaterialer trukket stor interesse fra etterforskere. For å måle belastning på små gjenstander, Osborn et al.7,8 foreslo en metode for å måle belastningen av 3D nanomaterialer ved hjelp av elektron backscatter (EBSD). Ved hjelp av molekylær dynamikk undersøkte Lina et al.9 interlayer friksjon strekk engineering av grafen. Distribuertoptiskfiberbelastningsmålinger ved hjelp av Rayleigh backscatter spektroskopi (RBS) har blitt mye brukt i feildeteksjon og for evaluering av optiske enheter på grunn av deres høye romlige oppløsning og følsomhet10. Ristfiberoptisk (FBG)11,12 distribuerte belastningssensorer har blitt mye brukt til måling av høypresisjonsbelastning 13 for temperatur og belastning. For å overvåke belastningsendringene forårsaket av herding etter harpiksinjeksjon, innebygde Sanchez et al.14 en fiberoptisk sensor i en epoksykarbonfiberplate og målte hele belastningsprosessen. Differensial interferens kontrast (DIC) er en kraftig målemetode for feltet deformasjon15,16,17 som er mye brukt også18. Ved å sammenligne endringene av målte overflategrå nivåer i de innsamlede bildene, analyseres deformasjonen, og belastningen beregnes. Zhang et al.19 foreslo en metode som er avhengig av innføring av forsterkede partikler og DIC-bilder for å utvikle seg fra tradisjonelle DIC. Vogel og Lee20 beregnet belastningsverdier ved hjelp av en automatisk to-visning metode. I de senere årene har dette muliggjort samtidig mikrostrukturobservasjon og belastningsmåling i partikkelforsterkede kompositter. Tradisjonelle belastningssensorer måler bare effektivt belastning i én retning. Zymelka et al.21 foreslo en omnidirectional fleksibel belastningssensor som forbedrer en tradisjonell belastningsmålermetode ved å oppdage endringer i sensormotstanden. Det er også mulig å måle belastning ved hjelp av biologiske eller kjemiske stoffer. For eksempel er ioniske ledende hydrogeler et effektivt alternativ til belastning / taktile sensorer på grunn av deres gode strekkegenskaper og høy følsomhet22,23. Graphene og komposittene har gode mekaniske egenskaper og gir en høy bærermobilitet sammen med god piezoresistivitet24,25,26. Derfor har grafenbaserte belastningssensorer blitt mye brukt i elektronisk overvåking av hudens helse, bærbar elektronikk og andre felt27,28.
I dette arbeidet presenteres en konseptuell belastningsmåling ved hjelp av et polydimetylsiloxan (PDMS) mikroskop og et forsterkningssystem. Enheten er forskjellig fra en tradisjonell belastningsmåler fordi den ikke krever ledninger eller elektriske tilkoblinger. Videre kan forskyvning observeres direkte. Forsterkningsmekanismen kan plasseres hvor som helst på det testede objektet, noe som øker repeterbarheten til målingene. I denne studien ble en sensor og en belastningsforsterker laget av 3D-utskriftsteknologi. Vi forbedret først 3D-skriveren for å øke effektiviteten for våre behov. En sfærisk ekstruderingsenhet ble designet for å erstatte den tradisjonelle ekstruderen som styres av kutteprogramvaren for å fullføre konverteringen av metall- og plastdysene. Den tilsvarende støpeplattformen ble endret, og forskyvningssen (forsterkeren) og leseenheten (PDMS-mikroskopet) ble integrert.

<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

En tradisjonell belastningsmålingssensor må elektrifiseres og er utsatt for elektromagnetisk interferens. For å løse svingningene i det analoge elektriske signalet i en tradisjonell belastningsmåleroperasjon, presenteres en ny belastningsmålingsmetode her. Den bruker en fotografisk teknikk for å vise belastningsendringen ved å forsterke endringen av pekerforskyvningen av mekanismen. En visuell polydimethylsiloxane (PDMS) linse med en brennvidde på 7,16 mm ble lagt til et smarttelefonkamera for å generere en linsegruppe som fungerer som et mikroskop for å fange bilder. Den hadde en tilsvarende brennvidde på 5,74 mm. Akrylnitril butadien styren (ABS) og nylonforsterkere ble brukt til å teste påvirkning av forskjellige materialer på sensorytelsen. Produksjonen av forsterkere og PDMS-objektivet er basert på forbedret 3D-utskriftsteknologi. Dataene som ble oppnådd ble sammenlignet med resultatene fra begrenset elementanalyse (FEA) for å verifisere gyldigheten. Følsomheten til ABS-forsterkeren var 36,03 ± 1,34 με/μm, og følsomheten til nylonforsterkeren var 36,55 ± 0,53 με/μm.

Når plattformtemperaturen økte, reduserte dråpediameteren og krumningsradiusen, mens kontaktvinkelen økte (figur 3). Derfor økte brennvidden av PDMS. Men for plattformtemperaturer over 220 °C ble det observert en svært kort herdingstid i dråpene, og de kunne ikke strekke seg inn i en flykonveksform. Dette kan tilskrives det lave festeområdet når du fortsetter på et smarttelefonkamera. Derfor ble bare myke linser dannet ved 220 °C brukt som forstørrelsesglass i alle tester. Brenn...

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

Dette arbeidet presenterer en belastningsmålingssensor bestående av en forsterkningsmekanisme og et polydimethylsiloxane mikroskop produsert ved hjelp av en forbedret 3D-skriver.

Produksjon av en belastningsmålingsenhet med en forbedret 3D-skriver

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

Den tofasede fastbelikvide fabrikasjonen kan også brukes på produksjon av strukturelle mikrosfærematerialer på ulike fagfelt, inkludert elektronikk, biofarmasøytisk, energi og forsvarssektorer. Dette systemet krever ikke ledninger eller elektrisk tilkobling og tillater at et bredt spekter av applikasjoner knyttet til mikrostrukturdeformasjon måles. Før du begynner prosedyren, konstruere en eksperimentell plattform som inkluderer en modifisert 3D-skriver, en belastningsmåler indikator, en kjøreenhet, en støtteramme, en aluminiumsbar, en PDMS linse, en smarttelefon, vekter, en trykt forsterker, og en belastningsmåler.Sett høyden på nylonlaget i skriveren til 0,05 millimeter. Sett diameteren på skrivehodet til 0,2 millimeter, og sett dysetemperaturen til 220 grader Celsius. Sett utskriftshastigheten til 2000 millimeter per minutt.Juster retningen på det sfæriske ekstruderingshodet slik at metalldysen vender mot lavtemperaturplattformen og skriver ut en kontur for å sikre en normal ekstrudering. Deretter henge nylon på kolonnen. Fronten må gå inn i utskriftsspolebeholderen som skal smeltes av metalldysen.For å montere PDMS-mikroskopet, bruk en magnetisk rører til å blande et 10 til ett vektforhold mellom PDMS-forløper til herdingsmiddelløsning og avgass blandingen i 40 minutter. Når alle boblene er fjernet, hell blandingen i PDMS-beholderen på det sfæriske ekstruderingshodet og roter det sfæriske ekstruderingshodet og plattformen slik at plastdysen vender mot høytemperaturplattformen. Sett plastdyseøkningen til 50 mikroliter og bruk dyserotasjonen og steppermotoren i Z-aksen til å plassere den nederste enden av pipetteenheten 20 millimeter unna formen.Varm deretter opp høytemperaturplattformen og klem pdmsbeholderen for å skrive ut PDMS-objektivet. Når det utskrevne PDMS-objektivet er avkjølt til romtemperatur, bruker du gummisett til å fjerne den fra skriveren. For å utføre en belastningsmåling av lastingstest, bruk muttere og bolter til å feste den ene enden av en 380 med 51 med 3,8 millimeter aluminium 6063-T83 bar til operasjonsbordet og tegne et kors i midten og 160 millimeter fra den frie enden av kantilstrålen.For å fjerne oksidlaget på strålen, poler overflaten med fint sandpapir i en ca 45 graders vinkel fra retning av belastningsmålertrådgitteret. Bruk bomullsull gjennomvåt i aceton for å tørke overflaten av den slipte cantilever strålen og overflaten av belastningsmålerpastaen. Koble deretter til kjøreenheten og belastningsmålerindikatoren og slå på strømmen.Deretter monterer du en belastningsmåler på den midterre overflaten av aluminiumsstangen i den faste enden og fikser en standardvekt til den frie enden av kantileverstrålen for å kontrollere den konsentrerte kraftinngangen. Registrer en baseline-lesing ved hjelp av en konvensjonell belastningsmålerindikator med en kvart brotilkoblingsmetode før du erstatter belastningsmåleren med en nylonforsterker. Fest PDMS-objektivet på et smarttelefonkamera med en sensor på åtte megapiksler med en fokusavstand på 29 millimeter og juster brennvidden på kameraet til et klart bilde er oppnådd.Bruk deretter PDMS-mikroskopet til å lese forskyvningen av pekeren. For å utføre en begrenset elementanalyse, importer du cantilever-strålen og forsterkermekanismen til materialbiblioteket til programvaren og simulerer plasseringsposisjonene. Analyser de mekaniske egenskapene til forsterkermekanismepekeren under virkningen av en cantilever-stråle og bruk tetrahedralelementer med en fin elementstørrelse for å generere masker for bruk i 3D geometriske modeller.Deretter avgrenser flexure hengslene, spesielt hengslet mellom pekeren og de andre kroppene, og påfør en konsentrert kraft av ett newton til midten av den frie enden av kantileverstrålen. Etter hvert som plattformtemperaturen økes, reduseres dråpediameteren og krumningsradiusen, og kontaktvinkelen øker. Her vises en sammenligning av den eksperimentelle forskyvningsmålingen med FEA-simuleringene for nylon, mens denne grafen illustrerer minimums- og maksimumsavvikene mellom bakkene for ABS.I dette representative eksperimentet ble målefølsomheten for nylon og ABS bestemt. Det er vanskelig å kontrollere støpetemperaturen på PDMS-linsen. Vi bruker et ikke-kontakt infrarødt strålingstermometer og høytemperaturplattform for å sikre at temperaturendringene er innenfor toleranse.Denne solid-flytende produksjonsmetoden kan også brukes på studier i biofarmasøytiske feltet, spesielt for fremstilling av mikrosfærestrukturer.

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

Utvikling av en 3D Graphene 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

Hånd Kontrollert Manipulering av enkle molekyler via en Scanning Probe Microscope med en 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

Den modulære Design og produksjon av en Intelligent Robot basert på en lukket strategi

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

En 3D-trykt kammer for organisk Optoelektronisk enheten fornedrelse Testing

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

En myk verktøy prosessen kjede for sprøytestøping av en 3D-komponent med Micro søyler

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

En Standard og pålitelig metode for å dikte todimensjonal tenkelig

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

En Polymer-baserte Piezoelectric vibrasjonen energi korn med en 3D Meshed kjerner

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-utskrift – Evaluering av partikkelutslipp av en 3D-utskriftspenn

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

Forseggjort kontroll over blekkskriver for fabrikasjon av chipbaserte superkondensatorer

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