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研究人員使用氣溶膠噴射3D打印開發(fā)應(yīng)變儀

卡內(nèi)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(xiàng)目中使用了3D打印技術(shù)，該項(xiàng)目將導(dǎo)致大幅改進(jìn)的電子測(cè)量設(shè)備的開發(fā)。該團(tuán)隊(duì)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(yīng)變儀。這種方法創(chuàng)造出高度多孔的結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用使他們能夠?qū)y(cè)量?jī)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(yīng)變計(jì)被用于測(cè)量各種物體，從稱重站的汽車稱重到監(jiān)測(cè)飛機(jī)上的橋梁或機(jī)翼上的力量。當(dāng)一個(gè)力施加到應(yīng)變儀上時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致它變形。這種結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致材料電阻的變化，并且這種變化使得能夠測(cè)量結(jié)構(gòu)正在進(jìn)行的精確的應(yīng)變量。

應(yīng)變計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，稱為泊松比。這個(gè)比例通常代表固體應(yīng)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(dāng)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(tuán)隊(duì)能夠創(chuàng)建多孔膜結(jié)構(gòu)。固體材料上點(diǎn)綴著大量的小孔，改變了結(jié)構(gòu)的運(yùn)行方式，并增加了潛在的泊松比。

氣溶膠噴印使用數(shù)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?zé)Y(jié)，3D打印過(guò)程能夠確定固體結(jié)構(gòu)的確切孔隙度。氣溶膠噴射打印的使用使團(tuán)隊(duì)能夠優(yōu)化在應(yīng)變儀中使用的薄膜的結(jié)構(gòu)收縮量。膠片收縮越多，變形越敏感，因此可以更準(zhǔn)確地測(cè)量應(yīng)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，這意味著對(duì)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)。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)。 “這使得應(yīng)變儀對(duì)測(cè)量更為敏感。”

氣溶膠噴射3D打印技術(shù)不僅使得團(tuán)隊(duì)在創(chuàng)建應(yīng)變儀時(shí)達(dá)到了更高的靈敏度水平，還改善了電子設(shè)備在高溫條件下的性能。由于加熱引起的變形效應(yīng)，傳統(tǒng)的固體應(yīng)變儀可能非常容易出錯(cuò)。新的3D打印設(shè)備，但是，完全抵抗這種熱干擾。這使他們更加準(zhǔn)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(yīng)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(dú)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(kuò)大很多，所以我們顯著地減少了高溫下的誤差，溫度應(yīng)用“。

該團(tuán)隊(duì)的研究在“應(yīng)用物理雜志”上發(fā)表的題為“用于高溫應(yīng)用的3-D打印高性能應(yīng)變傳感器”的論文中詳述。

編譯自：3ders.org