研究人員使用氣溶膠噴射3D打印開(kāi)發(fā)應變儀
卡內基梅隆大學(xué)，德克薩斯州埃爾帕索大學(xué)和華盛頓州立大學(xué)的研究人員最近在一個(gè)項目中使用了3D打印技術(shù)，該項目將導致大幅改進(jìn)的電子測量設備的開(kāi)發(fā)。該團隊在他們的工作中使用了氣溶膠噴射打印技術(shù)，涉及制造新型應變儀。這種方法創(chuàng )造出高度多孔的結構，其應用使他們能夠將測量?jì)x的靈敏度提高到前所未有的水平。
作為工程界的無(wú)名英雄之一，應變計被用于測量各種物體，從稱(chēng)重站的汽車(chē)稱(chēng)重到監測飛機上的橋梁或機翼上的力量。當一個(gè)力施加到應變儀上時(shí)，這會(huì )導致它變形。這種結構變形導致材料電阻的變化，并且這種變化使得能夠測量結構正在進(jìn)行的精確的應變量。
應變計往往是由固體材料制成的，并且在其性能上有一個(gè)通用標準，稱(chēng)為泊松比。這個(gè)比例通常代表固體應變儀的敏感程度的限制。材料的泊松比描述了一個(gè)材料在一個(gè)方向收縮的程度，當它向另一個(gè)方向拉伸時(shí)。固體材料的最大泊松比約為0.5。然而，利用氣溶膠噴射3D打印方法，團隊能夠創(chuàng )建多孔膜結構。固體材料上點(diǎn)綴著(zhù)大量的小孔，改變了結構的運行方式，并增加了潛在的泊松比。
氣溶膠噴印使用數字控制空氣動(dòng)力學(xué)聚焦，以精確地將電子墨水沉積在基材上。通過(guò)納米顆粒的受控燒結，3D打印過(guò)程能夠確定固體結構的確切孔隙度。氣溶膠噴射打印的使用使團隊能夠優(yōu)化在應變儀中使用的薄膜的結構收縮量。膠片收縮越多，變形越敏感，因此可以更準確地測量應變。
“由于電影的孔隙率，我們看到一個(gè)有效的泊松比大約為0.7，這意味著(zhù)對于一個(gè)給定的電影變形，我們有大約40％的橫向收縮增加，”研究員副教授Rahul Panat說(shuō)?？▋然仿〈髮W(xué)機械工程專(zhuān)業(yè)。 “這使得應變儀對測量更為敏感。”
氣溶膠噴射3D打印技術(shù)不僅使得團隊在創(chuàng )建應變儀時(shí)達到了更高的靈敏度水平，還改善了電子設備在高溫條件下的性能。由于加熱引起的變形效應，傳統的固體應變儀可能非常容易出錯。新的3D打印設備，但是，完全抵抗這種熱干擾。這使他們更加準確，并增加了他們的潛在用途范圍。
帕納特說(shuō)：“材料顯示熱應變的原因是材料受熱時(shí)自然膨脹。 “在我們的例子中，由于單獨的熱量，多孔膜的整體膨脹比固體膜要小得多，用這種新技術(shù)創(chuàng )造的膜不會(huì )擴大很多，所以我們顯著(zhù)地減少了高溫下的誤差，溫度應用“。
該團隊的研究在“應用物理雜志”上發(fā)表的題為“用于高溫應用的3-D打印高性能應變傳感器”的論文中詳述。
編譯自：3ders.org
編譯自：3ders.org
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