3D打印高靈敏度且能用在高溫下的應變計

若是要問稱重站、飛機和橋梁這三者有什么共同特點,有的人或許會答應變計,那么你是對的。這些可以說是簡單的裝置在測量物體上的拉力亦或是應變。當你把已經變形應用到伸展的應變儀上時,那么這個物體的阻力就會發生改變,這樣一來就會告訴你物體(比方說汽車、橋梁以及飛機機翼)正在進行多大的變形。在此之前已經知道了3D打印而成的傳感器和應變片,只不過來自卡耐基梅隆大學機械工程副教授帶領一個以研究員主組成的合作隊伍,他們已經找到了一種新的3D打印方法,不僅提高了它們的靈敏度而且還能把它們用在高溫地區。

3D打印高靈敏度且能用在高溫下的應變計的圖1

3D打印高靈敏度且能用在高溫下的應變計的圖2

任何地方都有機械系統的偏轉,你會看到應變計,這是很多地方!


該團隊開發的方法打破了所謂的泊松比,它描述了一種材料在另一個方向伸展時會收縮多少,約為40%。這個比例是對固體應變儀的靈敏度的限制,固體材料的最大泊松比約為0.5。


更多的收縮意味著更高的靈敏度,所以通過采用這種新的制造方法,我們可以獲得更加靈敏的應變計,在這種方法中,我們可以印刷材料的納米顆粒,并通過受控燒結來產生這種孔隙。


由傳統制造方法制成的應變計采取固體薄膜的形式。但是該團隊使用氣溶膠噴射3D打印技術來制造應變計,該應變計利用熱量來控制部分聚結的納米顆粒的燒結,從而形成多孔薄膜。當這種由于3D打印方法而含有許多微孔的薄膜被拉伸時,它可以比固體薄膜罐收縮更多。由于電影的孔隙率,我們看到一個有效的泊松比約為0.7,這意味著對于一個給定的電影變形,我們有大約40%的橫向收縮增加。這使得應變儀對測量更為敏感。

3D打印高靈敏度且能用在高溫下的應變計的圖3

該團隊最近發表了一篇關于他們的新方法的論文,題為“用于高溫應用的3D打印的高性能應變傳感器”。

“由于漂移電流,材料氧化,熱應變和蠕變引起的電氣穩定性的下降,高溫物理測量傳感器的實現在許多當前和新興技術中是非常具有挑戰性的。在本文中,我們首次證明了3D打印的傳感器顯示出類似超材料的行為,從而獲得了高靈敏度,低熱應變和增強的熱穩定性等優越性能。傳感器采用銀(Ag)納米粒子(NPs)制造,采用先進的基于氣溶膠噴射的添加劑印刷方法,然后進行熱燒結。”

研究人員傳感器,然后在高達500°C的溫度下進行循環應變測試。除了具有增加的靈敏度的應變儀之外,還發現測量系數比市售儀表高近60%。

材料之所以會出現熱應變,是因為材料受熱時自然膨脹。由于單獨的熱量,多孔膜的整體膨脹比固體膜要小得多。

這些結果表明,3D打印技術可能潛在地用于制造高性能,穩定的傳感器,用于需要高溫的應用,如核電,航空航天和發電系統。傳統制造的固體應變計更容易受到熱加熱干擾導致的誤差,但是3D打印多孔應變儀卻沒有同樣的問題。

登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP

1