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研究员使用气溶胶喷射3D打印技术开发高灵敏度的应变仪

导读: 最近,卡内基梅隆大学、德克萨斯州埃尔帕索大学和华盛顿州立大学的研究人员在一个项目中使用了3D打印技术,该项目将大幅改进电子测量设备的开发。

  最近,卡内基梅隆大学、德克萨斯州埃尔帕索大学和华盛顿州立大学的研究人员在一个项目中使用了3D打印技术,该项目将大幅改进电子测量设备的开发。该团队在他们的工作中使用了气溶胶喷射打印技术,涉及制造新型应变仪。这种方法创造出高度多孔的结构,其应用使他们能够将测量仪的灵敏度提高到前所未有的水平。

  研究员使用气溶胶喷射3D打印技术开发高灵敏度的应变仪

  作为工程界的无名英雄之一,应变仪被用于各种物体的测量,从称重站上的汽车称重到监视飞机上的桥梁或机翼上的力量。当一个力施加到应变仪上时,这会导致它变形。这种结构变形导致材料电阻的变化,并且这种改变使得结构能够测量确切的应变量。

  应变仪往往是由固体材料制成的,并且在其性能上有一个通用标准,称为泊松比。这个比例通常代表固体应变仪的敏感程度的限制。材料的泊松比描述了一个材料在一个方向收缩的程度,当它向另一个方向拉伸时。固体材料的最大泊松比约为0.5。然而,利用气溶胶喷射3D打印方法,团队能够创建多孔膜结构。固体材料上点缀着大量的小孔,改变了结构的运行方式,并增加了潜在的泊松比。

  研究员使用气溶胶喷射3D打印技术开发高灵敏度的应变仪

  气溶胶喷射3D打印使用数字控制空气动力学聚焦,精确地将电子墨水沉积在基材上。通过纳米颗粒的受控烧结,3D打印过程能够确定固体结构的确切孔隙度。气溶胶喷射打印的使用使团队能够优化在应变仪中使用的薄膜的结构收缩量。胶片收缩越多,变形越敏感,因此可以更准确地测量应变。

  “由于孔隙率,我们看到一个有效的泊松比大约为0.7,这意味着对于给定的膜变形,我们有大约40%的侧向收缩增加,”卡内基梅隆大学机械工程专业的研究员副教授RahulPanat说。“这使得应变仪对测量更为敏感。”

  研究员使用气溶胶喷射3D打印技术开发高灵敏度的应变仪

  气溶胶喷射3D打印技术不仅使得团队在创建应变仪时达到了更高的灵敏度水平,还改善了电子设备在高温条件下的性能。由于加热引起的变形效应,传统的固体应变仪可能非常容易出错。新的3D打印设备完全可以抵抗这种热干扰。这使它们更加准确,并增加了它们的潜在用途范围。

  研究员使用气溶胶喷射3D打印技术开发高灵敏度的应变仪

  Panat说:“材料显示热应变的原因是材料受热时自然膨胀。在我们的例子中,由于单独的热量,多孔膜的整体膨胀比固体膜要小得多,用这种新技术创造的膜不会那么多,所以我们正在显著地减少高温下的误差。”

  据悉,该项研究的结果已于最近发表在“应用物理杂志”上,论文标题为“用于高温应用的3D打印高性能应变传感器”。


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