Drukowanie 3D w celu tworzenia bardziej czułych mierników odkształceń w aplikacjach wysokotemperaturowych

Już wcześniej widzieliśmy tensometry i czujniki z nadrukiem 3D, ale Rahul Panat, profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Carnegie Mellon (CMU), kieruje zespołem naukowców, którzy opracowali nową metodę druku 3D wskaźniki, które znacznie zwiększają ich czułość, a także umożliwiają ich używanie w zastosowaniach wysokotemperaturowych.

Panat, który jest również powiązany z uniwersyteckim NextManufacturing Center, powiedział: "Wszędzie tam, gdzie występuje odchylenie system, zobaczysz tensometry; co za dużo miejsca! "

" Większy skurcz oznacza większą wrażliwość, więc otrzymujemy o wiele bardziej czuły tensometr poprzez zastosowanie tej nowej metody produkcji, w której drukujemy nanocząsteczki materiału i tworzymy tę porowatość przez kontrolowane spiekanie "- wyjaśnił Panat.

Tensometry wykonane z tradycyjnych metod produkcji przyjmują postać stałej folii. Jednak zespół wykorzystał druk 3D w aerozolu, aby wytworzyć tensometr, który wykorzystuje ciepło do kontrolowania spiekania nanocząstek, które częściowo się łączą, tworząc w ten sposób porowaty film. Kiedy ten film, który zawiera wiele małych dziurek ze względu na metodę drukowania 3D, jest rozciągnięty, może skurczyć się więcej niż litej puszki.

Panat powiedział: "Z powodu porowatości filmu, widzimy efektywny współczynnik Poissona około 0,7 - co oznacza, że ​​mamy około 40% wzrostu skurczu bocznego dla danego odkształcenia folii. To sprawia, że ​​miernik naprężenia jest znacznie bardziej czuły na pomiar. "

Zespół opublikował niedawno artykuł na temat ich nowej metody, zatytułowany" Wysokowydajne czujniki tensometryczne z nadrukiem 3D do zastosowań w wysokich temperaturach ", w Journal of Applied Physics ; współautorami są: Md Taibur Rahman, Russell Moser, Hussein M. Zbib, C.V. Ramana i Panat.

Według streszczenia: "Realizacja wysokotemperaturowych fizycznych czujników pomiarowych, które są potrzebne w wielu obecnych i powstających technologiach, stanowi wyzwanie ze względu na degradację ich stabilności elektrycznej poprzez dryft. prądy, utlenianie materiału, odkształcenie cieplne i pełzanie. W tym artykule po raz pierwszy pokazujemy, że czujniki z nadrukiem 3D wykazują zachowanie podobne do metamateriału, co zapewnia lepszą wydajność, taką jak wysoka czułość, niskie odkształcenie termiczne i zwiększona stabilność termiczna. Czujniki zostały wykonane przy użyciu nanocząsteczek srebra (Ag) przy użyciu zaawansowanego drukowania dodatków w aerozolumetoda następująca po spiekaniu termicznym. "

Naukowcy 3D wydrukowali czujniki w systemie Optomec Aerosol Jet 300 Series, a następnie przetestowali je w warunkach cyklicznego odkształcania, w temperaturach do 500 ° C. Oprócz czujników tensometrycznych o zwiększonej czułości odkryto, że współczynnik grubości był o prawie 60% wyższy niż wskaźniki dostępne w handlu.

"Przyczyną, dla której materiał wykazuje obciążenie termiczne, jest fakt, że materiał naturalnie się rozszerza. kiedy jest podgrzewany. W naszym przypadku całkowita ekspansja porowatej folii z powodu samego ciepła jest znacznie mniejsza niż w przypadku stałego filmu "- powiedział Panat. "Filmy tworzone tą nową techniką nie rozszerzają się tak bardzo, więc znacząco redukujemy błąd w aplikacjach wysokotemperaturowych."

Te wyniki pokazują, że technologia druku 3D może potencjalnie zostać wykorzystana do wytworzenia wysokiej wydajność, stabilne czujniki do zastosowań wymagających wysokich temperatur, takich jak systemy jądrowe, lotnicze i energetyczne. Wytworzone tradycyjnie stałe czujniki tensometryczne są bardziej podatne na błędy wynikające z interferencji cieplnej, ale zespoły badawcze w postaci porowatych tensometrów z wydrukowanym 3D nie mają tego samego problemu.