एक बेहतर 3 डी प्रिंटर के साथ एक तनाव मापने डिवाइस का उत्पादन
Summary
यह काम एक स्ट्रेन माप सेंसर प्रस्तुत करता है जिसमें एक प्रवर्धन तंत्र और एक बेहतर 3 डी प्रिंटर का उपयोग करके निर्मित पॉलीडिमिथाइलसिलिऑक्सेन माइक्रोस्कोप शामिल है।
Abstract
एक पारंपरिक तनाव माप सेंसर को विद्युतीकृत करने की आवश्यकता है और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के लिए अतिसंवेदनशील है। एक पारंपरिक तनाव गेज ऑपरेशन में एनालॉग विद्युत संकेत में उतार-चढ़ाव को हल करने के लिए, यहां एक नया तनाव माप विधि प्रस्तुत की जाती है। यह तंत्र के सूचक विस्थापन के परिवर्तन को बढ़ाना द्वारा तनाव परिवर्तन प्रदर्शित करने के लिए एक फोटो तकनीक का उपयोग करता है। छवियों को कैप्चर करने के लिए माइक्रोस्कोप के रूप में कार्य करने वाले लेंस समूह को उत्पन्न करने के लिए एक स्मार्टफोन कैमरे में 7.16 मिमी की फोकल लंबाई वाला एक दृश्य पॉलीडिमेथिलसिलिक्साने (पीडीएम) लेंस जोड़ा गया था। इसकी बराबर फोकल लंबाई 5.74 मिमी थी। एक्रिलोनिट्रिल ब्यूटाडीन स्टीरिन (एबीएस) और नायलॉन एम्पलीफायर्स का उपयोग सेंसर प्रदर्शन पर विभिन्न सामग्रियों के प्रभाव का परीक्षण करने के लिए किया गया था। एम्पलीफायर और पीडीएम लेंस का उत्पादन बेहतर 3डी प्रिंटिंग तकनीक पर आधारित है। प्राप्त आंकड़ों की तुलना परिमित तत्व विश्लेषण (एफईए) के परिणामों से की गई ताकि उनकी वैधता को सत्यापित किया जा सके । एबीएस एम्पलीफायर की संवेदनशीलता 36.03 ± 1.34 με/μm थी, और नायलॉन एम्पलीफायर की संवेदनशीलता 36.55 ± 0.53 με/μm थी।
Introduction
आधुनिक उद्योग में प्रकाश लेकिन मजबूत सामग्री प्राप्त करना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। 1,2के उपयोग के दौरान तनाव, दबाव, टोरसीन और झुकने वाले कंपन के अधीन होने पर सामग्री के गुण प्रभावित होते हैं। इस प्रकार, सामग्री के तनाव माप उनके स्थायित्व और समस्या निवारण उपयोग का विश्लेषण करने के लिए महत्वपूर्ण है। इस तरह के माप इंजीनियरों को सामग्री के स्थायित्व और उत्पादन समस्याओं का निवारण करने में सक्षम बनाता है। उद्योग में सबसे आम तनाव माप विधि तनाव सेंसर3का उपयोग करता है । पारंपरिक पन्नी सेंसर ों का व्यापक रूप से उपयोग उनकी कम लागत और अच्छी विश्वसनीयता के कारण किया जाता है। वे विद्युत संकेतों में परिवर्तन को मापते हैं और उन्हें विभिन्न आउटपुट संकेतों में परिवर्तितकरतेहैं 5,6. हालांकि, यह विधि मापा वस्तु में तनाव प्रोफ़ाइल का विवरण छोड़ देता है और एनालॉग संकेतों के साथ कंपन विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप से शोर करने के लिए अतिसंवेदनशील है। इंजीनियरिंग में सटीक, अत्यधिक दोहराने योग्य और आसान सामग्री तनाव माप विधियों का विकास महत्वपूर्ण है। इस प्रकार अन्य तरीकों का अध्ययन किया जा रहा है।
हाल के वर्षों में नैनोमैटेरियल्स ने जांचकर्ताओं से काफी दिलचस्पी खींची है । छोटी वस्तुओं पर तनाव को मापनेके लिए, ओसबोर्न एट अल7,8 ने इलेक्ट्रॉन बैकस्कैटर (ईबीएसडी) का उपयोग करके 3डी नैनोमैटेरियल्स के तनाव को मापने के लिए एक विधि का प्रस्ताव रखा। आणविक गतिशीलता का उपयोग करते हुए, लीना एट अल9 ने ग्राफीन के इंटरलेयर घर्षण स्ट्रेन इंजीनियरिंग की जांच की। रेले बैकस्कैटर स्पेक्ट्रोस्कोपी (आरबीएस) का उपयोग करके वितरित ऑप्टिकल फाइबर स्ट्रेन मापका गया है, जिसका उपयोग गलती का पता लगाने में और उनके उच्च स्थानिक संकल्प और संवेदनशीलता10के कारण ऑप्टिकल उपकरणों के मूल्यांकन के लिए किया गया है। झंझरी फाइबर ऑप्टिक (FBG)11,12 वितरित तनाव सेंसर व्यापक रूप से तापमान और तनाव के प्रति उनकी संवेदनशीलता के लिए उच्च सटीक तनाव माप13 के लिए इस्तेमाल किया गया है । राल इंजेक्शन के बाद इलाज के कारण तनाव परिवर्तन ों की निगरानी के लिए, सांचेज एट अल14 एक फाइबरऑप्टिक सेंसर को एपॉक्सी कार्बन फाइबर प्लेट में एम्बेडेड करते हैं और पूर्ण तनाव प्रक्रिया को मापा जाता है। अंतर हस्तक्षेप कंट्रास्ट (डीआईसी) क्षेत्र विरूपण15,16,17 की एक शक्तिशाली माप विधि है जिसका व्यापक रूप सेउपयोग 18किया जाता है। एकत्र छवियों में मापा सतह ग्रे स्तर के परिवर्तनों की तुलना करके, विरूपण का विश्लेषण किया जाता है, और तनाव की गणना की जाती है। झांग एट अल19 एक विधि है कि प्रबलित कणों और डीआईसी छवियों की शुरूआत पर निर्भर करता है पारंपरिक डीआईसी से विकसित करने का प्रस्ताव रखा । वोगेल और ली20 ने स्वचालित दो-दृश्य विधि का उपयोग करके तनाव मूल्यों की गणना की। हाल के वर्षों में, इसने कण-प्रबलित कंपोजिट में एक साथ माइक्रोस्ट्रक्चर अवलोकन और तनाव माप को सक्षम किया। पारंपरिक तनाव सेंसर केवल प्रभावी ढंग से एक दिशा में तनाव को मापने। Zymelka एट अल21 एक सर्वदिशात्मक लचीला तनाव सेंसर है कि सेंसर प्रतिरोध में परिवर्तन का पता लगाने के द्वारा एक पारंपरिक तनाव गेज विधि में सुधार का प्रस्ताव किया । जैविक या रासायनिक पदार्थों का उपयोग करके तनाव को मापना भी संभव है। उदाहरण के लिए, आयनिक चालक हाइड्रोगेल उनके अच्छे तन्य गुणों और उच्च संवेदनशीलता22,23के कारण तनाव/स्पर्श सेंसरों का एक प्रभावी विकल्प है। ग्राफीन और इसके कंपोजिट में उत्कृष्ट यांत्रिक गुण होते हैं और यह24,25,26के साथ एक उच्च वाहक गतिशीलता प्रदान करता है । नतीजतन, ग्राफीन आधारित तनाव सेंसर व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक त्वचा स्वास्थ्य निगरानी, पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स, और अन्य क्षेत्रोंमें 27,28का उपयोग किया गया है।
इस काम में, पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन (पीडीएम) माइक्रोस्कोप और प्रवर्धन प्रणाली का उपयोग करके एक वैचारिक तनाव माप प्रस्तुत किया जाता है। डिवाइस एक पारंपरिक तनाव गेज से अलग है क्योंकि यह तारों या बिजली के कनेक्शन की आवश्यकता नहीं है । इसके अलावा विस्थापन सीधे देखा जा सकता है। प्रवर्धन तंत्र को परीक्षण ित वस्तु पर किसी भी स्थान पर रखा जा सकता है, जो माप की पुनरावृत्ति को बहुत बढ़ाता है। इस अध्ययन में 3डी प्रिंटिंग तकनीक से एक सेंसर और स्ट्रेन एम्पलीफायर बनाया गया था। हमने अपनी आवश्यकताओं के लिए अपनी दक्षता बढ़ाने के लिए सबसे पहले 3डी प्रिंटर में सुधार किया। धातु और प्लास्टिक के नोजल के रूपांतरण को पूरा करने के लिए टुकड़ा करने की क्रिया सॉफ्टवेयर द्वारा नियंत्रित पारंपरिक एकल सामग्री एक्सट्रूडर को बदलने के लिए एक गोलाकार एक्सट्रूजन डिवाइस डिजाइन किया गया था। इसी मोल्डिंग प्लेटफॉर्म को बदल दिया गया था, और विस्थापन-संवेदन डिवाइस (एम्पलीफायर) और रीडिंग डिवाइस (पीडीएम माइक्रोस्कोप) को एकीकृत किया गया था।
Protocol
Representative Results
Discussion
उत्पादन विस्थापन कैंटिलीवर बीम के मुक्त अंत में केंद्रित बल के साथ विकसित हुआ और एफईए सिमुलेशन के अनुरूप था। एम्पलीफायरों की संवेदनशीलता नायलॉन के लिए 36.55 ± 0.53 με/μm और एबीएस के लिए 36.03 ± 1.34 με/μm थी। स्थिर संवे?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को नेशनल साइंस फाउंडेशन ऑफ चाइना (ग्रांट नंबर 51805009) ने आर्थिक रूप से सपोर्ट किया।
Materials
| ABS | Hengli dejian plastic electrical products factory | Used for printing 1.75 mm diameter wire for amplifying mechanism | |
| Aluminum 6063 T83 bar | The length, width and thickness of cantilever beam are 380 mm, 51 mm, and 3.8 mm. | ||
| ANSYS | ANSYS | ANSYS 14.5 | |
| CURA | Ultimaker | Cura 3.0 | Slicing softare,using with the improved 3D printer |
| Curing agent | Dow Corning | PDMS and curing agent are mixed with the weight ratio of 10:1 | |
| Driving device | Xinmingtian | E00 | |
| Improved 3D printer and accessories | 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. | ||
| iPhone 6 | Apple | MG4A2CH/A | 8-megapixel sensor and the equivalent focus distance is 29mm |
| Magenetic stirrer | SCILOGEX | MS-H280-Pro | |
| Nylon | Hengli dejian plastic electrical products factory | Used for printing 1.75 mm diameter wire for amplifying mechanism | |
| PDMS | Dow Corning | SYLGARDDC184 | After the viscous mixture is heated and hardened, it can be combined with the lens amplification device of the mobile phone for image acquisition. |
| Shape analyzer | Gltech | SURFIEW 4000 | |
| Solidworks | Dassault Systems | Solidworks 2017 | Assist to modelling |
| VISHAY strain gauge | Vishay | Used to measure the strain produced in the experiment. | |
| VISHAY strain gauge indicator | Vishay | Strain data acquisition. |
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