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

Detta arbete stöddes ekonomiskt av National Science Foundation of China (Grant nr 51805009).

1. Förstärkningsmekanismens sammansättning
<ol><li>Konstruera en experimentell plattform inklusive en förbättrad 3D-skrivare, en indikator för belastningsmätare, en köranordning, en stödram, en aluminiumstång, en PDMS-objektiv, en smartphone, vikter, en tryckt förstärkare (kompletterande figur 1) och en stammätare, som visas i figur 1.</li>
	<li>Ställ in höjden på varje lager i skrivaren på 0,05 mm för nylon och 0,2 mm för ABS. Ställ in utskriftshuvudet...

<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>

Utfallsförskjutningen utvecklades linjärt med den kraft som koncentrerades vid den fria änden av cantileverstrålen och överensstämde med FEA-simuleringarna. Förstärkarens känslighet var 36,55 ± 0,53 με/μm för nylon och 36,03 ± 1,34 με/μm för ABS. Den stabila känsligheten bekräftade genomförbarheten och effektiviteten hos rapid prototyping av högprecisionssensorer med 3D-utskrift. Förstärkaren hade en hög känslighet och var fria från elektromagnetiska störningar. Dessutom hade de en enkel stru...

Att få lätta men starka material är särskilt viktigt i den moderna industrin. Materialens egenskaper påverkas när de utsätts för stress, tryck, vridning och böjningsvibration er under användning1,2. Således är stammätning av material viktigt att analysera deras hållbarhet och felsöka användning. Sådana mätningar gör det möjligt för ingenjörer att analysera materialens hållbarhet och felsöka produktionsproblem. Den vanligaste stammätmetoden inom industrin använder stamsensorer3. Traditionella foliesensorer används ofta på grund av deras låga kostnader och god tillförlitlighet4. De mäter förändringarna i elektriska signaler och omvandlar dem till olika utgångssignaler5,6. Denna metod utelämnar dock detaljerna i stamprofilen i det uppmätta objektet och är känslig för buller från vibrationella elektromagnetiska störningar med analoga signaler. Att utveckla exakta, mycket repeterbara och enkla metoder för att mäta materialpåfrestningar är viktigt inom teknik. Således studeras andra metoder.
Under de senaste åren har nanomaterial väckt stort intresse från utredarna. För att mäta påfrestningar på små föremål föreslog Osborn et al.7,8 en metod för att mäta stammen av 3D-nanomaterial med elektronbackscatter (EBSD). Med hjälp av molekylär dynamik undersökte Lina et al.9 grafens friktionsstamsteknik. Distribuerade optiska fiber stam mätningar med Rayleigh backscatter spektroskopi (RBS) har använts i stor utsträckning vid feldetektering och för utvärdering av optiska enheter på grund av deras höga rumsliga upplösning och känslighet10. Gallerfiberoptik (FBG)11,12 distribuerade stamsensorer har använts ofta för mätning av högprecisionsbelastning 13 för deras känslighet för temperatur och belastning. För att övervaka de stamförändringar som orsakas av härdning efter harts injektion, Sanchez et al.14 inbäddade en fiberoptisk sensor i en epoxi kolfiber platta och mätte hela stamprocessen. Differentialinterferenskontrast (DIC) är en kraftfull mätmetod för fältdeformationen15,16,17 som används ofta samt18. Genom att jämföra ändringarna av uppmätta ytgrå nivåer i de insamlade bilderna analyseras deformationen och stammen beräknas. Zhang et al.19 föreslog en metod som bygger på införandet av förstärkta partiklar och DIC bilder att utvecklas från traditionella DIC. Vogel och Lee20 beräknade stamvärden med hjälp av en automatisk tvåvymetod. Under de senaste åren har detta möjliggjort samtidig mikrostrukturobservation och påfrestning sionmätning i partikelförstärkta kompositer. Traditionella stamsensorer mäter endast effektivt påfrestningar i en riktning. Zymelka et al.21 föreslog en rundstrålande flexibel stamsensor som förbättrar en traditionell stammätarmetod genom att upptäcka förändringar i sensorresistansen. Det är också möjligt att mäta påfrestningar med hjälp av biologiska eller kemiska ämnen. Till exempel är joniska ledande hydrogeler ett effektivt alternativ till stam/taktila sensorer på grund av deras goda dragegenskaper och hög känslighet22,23. Grafen och dess kompositer har utmärkta mekaniska egenskaper och ger en hög transportör rörlighet tillsammans med god piezoresistivity24,25,26. Grafenbaserade stamsensorer har därför använts i stor utsträckning vid övervakning av elektronisk hudhälsa, bärbar elektronik och andra fält27,28.
I detta arbete presenteras en konceptuell stammätning med hjälp av ett polydimetylsiloxan (PDMS) mikroskop och ett amplifieringssystem. Enheten skiljer sig från en traditionell belastningsmätare eftersom den inte kräver kablar eller elektriska anslutningar. Dessutom kan förskjutning observeras direkt. Förstärkningsmekanismen kan placeras på vilken plats som helst på det testade objektet, vilket avsevärt ökar mätrepetitionens repeterbarhet. I denna studie gjordes en sensor och en stamförstärkare av 3D-tryckteknik. Vi förbättrade först 3D-skrivaren för att öka dess effektivitet för våra krav. En sfärisk extrudering skonstruerades för att ersätta den traditionella enmaterialextruder som kontrolleras av skivningsprogramvaran för att slutföra omvandlingen av metall- och plastmunstyckena. Motsvarande gjutning plattform ändrades, och förskjutning-avsenning enhet (förstärkare) och avläsningsanordningen (PDMS mikroskop) integrerades.

<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 traditionell stammätsensor måste elektrifieras och är mottaglig för elektromagnetiska störningar. För att lösa fluktuationerna i den analoga elektriska signalen i en traditionell stammätaråtgärd presenteras här en ny stammätmetod. Den använder en fotografisk teknik för att visa stamförändringen genom att förstärka ändringen av mekanismens pekarförskjutning. En visuell polydimetylsiloxan (PDMS) objektiv med en brännvidd på 7,16 mm lades till en smartphone kamera för att generera en lins grupp som fungerar som ett mikroskop för att fånga bilder. Den hade en motsvarande brännvidd på 5,74 mm. Akrylnitrilbutadienstyren (ABS) och nylonförstärkare användes för att testa påverkan av olika material på sensorns prestanda. Produktionen av förstärkare och PDMS-objektiv bygger på förbättrad 3D-utskriftsteknik. De erhållna uppgifterna jämfördes med resultaten från finite elementanalys (FEA) för att kontrollera deras giltighet. ABS-förstärkarens känslighet var 36,03 ± 1,34 με/μm och nylonförstärkarens känslighet var 36,55 ± 0,53 με/μm.

När plattformstemperaturen ökade minskade droppdiametern och krökningsradien, medan kontaktvinkeln ökade (figur 3). Därför ökade pdms brännvidd. För plattformstemperaturer över 220 °C observerades dock en mycket kort härdningstid i dropparna, och de kunde inte sträcka sig in i en plankonvex form. Detta kan tillskrivas det låga tillbehörsområdet när du förstår en smartphone-kamera. Därför användes endast mjuka linser som bildades vid 220 °C som förstoringsglas i alla t...

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

Detta arbete presenterar en stammätsensor som består av en förstärkningsmekanism och ett polydimetylsiloxanmikroskop som tillverkas med hjälp av en förbättrad 3D-skrivare.

Produktion av en stammätanordning med en förbättrad 3D-skrivare

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

Den tvåfas solid-liquid fabrication kan också tillämpas på tillverkning av strukturella mikrosfärmaterial inom olika studieområdet, inklusive elektronik, biofarmaceutiska, energi och försvarssektorer. Detta system kräver inte ledningar eller elektrisk anslutning och gör att ett brett spektrum av tillämpningar relaterade till mikrostrukturdeformation kan mätas. Innan du börjar proceduren, konstruera en experimentell plattform som innehåller en modifierad 3D-skrivare, en indikator för töjningsmätare, en köranordning, en stödram, en aluminiumstång, en PDMS-lins, en smartphone, vikter, en tryckt förstärkare och en töjningsmätare.Ställ in höjden på nylonlagret i skrivaren på 0,05 millimeter. Ställ in diametern på tryckhuvudet på 0,2 millimeter, och ställ in munstyckets temperatur på 220 grader Celsius. Ställ in utskriftshastigheten på 2000 millimeter per minut.Justera orienteringen av det sfäriska strängsprutningshuvudet så att metallmunstycket vetter mot lågtemperaturplattformen och skriver ut en kontur för att säkerställa en normal extrudering. Häng sedan nylon på kolonnen. Fronten måste gå in i tryckspolbehållaren som ska smältas av metallmunstycket.För att montera PDMS-mikroskopet, använd en magnetisk omrörare för att blanda ett 10 till ett viktförhållande av PDMS-föregångare till härdningsmedelslösning och avgas blandningen i 40 minuter. När alla bubblor har tagits bort, häll blandningen i PDMS behållaren av sfäriska extrudering huvudet och rotera sfäriska extrudering huvudet och plattformen så att plast munstycket är vänd mot hög temperatur plattformen. Ställ in munstyckets steg i plast till 50 mikroliter och använd munstyckets rotation och stegmotorn i Z-axeln för att placera den nedre änden av pipetten 20 millimeter från formen.Värm sedan upp högtemperaturplattformen och kläm pdms-behållaren för att skriva ut PDMS-objektivet. När det utskrivna PDMS-objektivet har svalnat till rumstemperatur, använd gummipincett för att ta bort den från skrivaren. För att utföra en mätning av lastningstestansträngen, använd muttrar och bultar för att fixera en ände av en 380 med 51 med 3,8 millimeter aluminium 6063-T83 bar till operationsbordet och dra ett kryss i centrum och 160 millimeter från den fria änden av frirörsbalken.För att avlägsna oxidskiktet på balken, polera ytan med fint sandpapper i en ca 45 graders vinkel från riktningen av töjningsmätaren trådgallret. Använd bomullsull indränkt i aceton för att torka ytan av den slipade cantilever balken och ytan av töjningsmätaren pasta. Anslut sedan köranordningen och töjningsmätarens indikator och slå på strömmen.Därefter montera en töjningsmätare på aluminiumstångens mittyta vid dess fasta ände och fixera en standardvikt till fri ände av fribortstrålen för att styra den koncentrerade kraftinmatningen. Registrera en avläsning av baslinjen med en indikator för konventionell töjningsmätare med en kvarts broanslutningsmetod innan man byter ut töjningsmätaren med en nylonförstärkare. Fäst PDMS-objektivet på en smartphone-kamera med en åtta megapixelsensor på ett fokusavstånd på 29 millimeter och justera kamerans brännvidd tills en tydlig bild erhålls.Använd sedan PDMS-mikroskopet för att läsa förskjutningen av pekaren. För att utföra en finit elementanalys, importera fribärande strålen och den förstärkande mekanismen till programvarans materialbibliotek och simulera deras placeringspositioner. Analysera de mekaniska egenskaperna hos den förstärkande mekanismen pekaren under verkan av en cantilever balk och använda tetraedral element med en fin elementstorlek för att generera maskor för användning i 3-D geometriska modeller.Sedan förfina flexure gångjärn, särskilt gångjärnet mellan pekaren och de andra organ, och tillämpa en koncentrerad kraft av en newton till mitten av den fria änden av fribärande balken. När plattformstemperaturen ökas minskar droppdiametern och krökningsradien, och kontaktvinkeln ökar. Här visas en jämförelse av den experimentella förskjutningsmätningen med FEA-simuleringarna för nylon, medan denna graf illustrerar de minsta och högsta avvikelserna mellan backarna för ABS.I detta representativa experiment fastställdes mätkänsligheterna för nylon och ABS. Att styra PDMS-objektivets gjutningstemperatur är svårt. Vi använder en beröringsfri infraröd strålningstermometer och högtemperaturplattform för att säkerställa att temperaturförändringarna ligger inom toleransen.Denna fast-flytande tillverkningsmetod kan också tillämpas på studier inom biofarmaceutiska området, särskilt för beredning av mikrosfärstrukturer.

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

Högupplöst, hög hastighet, tredimensionell video Imaging med Digital Fringe Projection Tekniker

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

Utveckling av en 3D Grafen elektrod dielektroforetisk 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 Kontrollerad Manipulering av enskilda molekyler via en Scanning Probe mikroskop med en 3D Virtual Reality-gränssnitt

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

Modulär Design och produktion av en Intelligent Robot baserad på en strategi för slutna

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-tryckt kammare för organiska optoelektroniska enhet nedbrytning testning

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 mjuk Tooling processkedjan för formsprutning till en 3D komponent med Micro pelare

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 och pålitlig metod att fabricera tvådimensionell nanoelektronik

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-baserade piezoelektrisk Vibration energi skördare med 3D Meshed-Core struktur

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 - Utvärdera partikelutsläpp av en 3D-utskriftspenna

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

Utarbetad kontroll av bläckstråleskrivare för tillverkning av chipbaserade superkondensatorer

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