3D打印用于創(chuàng)建更高靈敏度的應(yīng)變計，用于高溫應(yīng)用

飛機,，橋梁和稱重站有什么共同點,？如果你回答應(yīng)變計,，你是對的,。這些簡單的裝置測量物體上的應(yīng)變或拉力。當您將變形應(yīng)用到（伸展）應(yīng)變儀時,，物體的阻力會發(fā)生變化,，這樣會告訴您物體（如飛機機翼，橋梁或汽車）目前正在發(fā)生多大的變形,。之前,，我們已經(jīng)看到3D打印的應(yīng)變片和傳感器,，但是卡耐基梅隆大學（CMU）機械工程副教授RahulPanat正領(lǐng)導一個由研究人員組成的合作團隊，他們開發(fā)了一種新的3D打印應(yīng)變計方法,，提高了它們的靈敏度，同時使它們能夠用于高溫應(yīng)用,。

Panat也是大學NextManufacturing中心的一員,，他說：“任何地方都有機械系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)，你會看到應(yīng)變計,，這是很多地方,！”這個團隊由來自CMU（對3D打印有一些了解）的研究人員，華盛頓州立大學和德克薩斯州埃爾帕索大學的研究人員組成,。團隊開發(fā)的方法打破了所謂的泊松比（PoissonRatio）,，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(yīng)變儀的靈敏度的限制-根據(jù)Pahat的說法,，固體材料的最大泊松比約為0.5。

Panat解釋說：“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(yīng)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(jié)來產(chǎn)生這種孔隙�,！�

由傳統(tǒng)制造方法制成的應(yīng)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(shù)來制造應(yīng)變計，該應(yīng)變計利用熱量來控制部分聚結(jié)的納米顆粒的燒結(jié),，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,。帕納特說：“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(yīng)變儀對測量更為敏感�,！�

   

該團隊最近發(fā)表了一篇關(guān)于他們的新方法的論文,，題為“用于高溫應(yīng)用的3D打印的高性能應(yīng)變傳感器”，在JournalofAppliedPhysics;合著者包括MdTaiburRahman,，RussellMoser,，HusseinM.Zbib,，C.V.拉馬納和帕納特。

根據(jù)摘要,，“由于漂移電流,，材料氧化，熱應(yīng)變和蠕變引起的電氣穩(wěn)定性的下降,，高溫物理測量傳感器的實現(xiàn)在許多當前和新興技術(shù)中是非常具有挑戰(zhàn)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(yīng)變和增強的熱穩(wěn)定性等優(yōu)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(jié)�,！�

研究人員在OptomecAerosolJet300系列系統(tǒng)上打印傳感器,，然后在高達500°C的溫度下進行循環(huán)應(yīng)變測試。除了具有增加的靈敏度的應(yīng)變儀之外,，還發(fā)現(xiàn)測量系數(shù)比市售儀表高近60％,。

“材料之所以會出現(xiàn)熱應(yīng)變，是因為材料受熱時自然膨脹,。在我們的案例中,，由于單獨的熱量，多孔膜的整體膨脹比固體膜要小得多”Panat說,�,！坝眠@種新技術(shù)創(chuàng)造的電影不會那么多，所以我們大大減少了高溫應(yīng)用中的誤差,�,！�

這些結(jié)果表明，3D打印技術(shù)可能潛在地用于制造高性能,，穩(wěn)定的傳感器,，用于需要高溫的應(yīng)用，如核電,，航空航天和發(fā)電系統(tǒng),。傳統(tǒng)制造的固體應(yīng)變計更容易受到熱加熱干擾導致的誤差，但是研究團隊的3D打印多孔應(yīng)變儀卻沒有同樣的問題,。

來源：航天智造