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(jī)，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(dāng)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(jī)機(jī)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(xué)（CMU）機(jī)械工程副教授RahulPanat正領(lǐng)導(dǎo)一個由研究人員組成的合作團(tuán)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(xué)NextManufacturing中心的一員，他說：“任何地方都有機(jī)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(tuán)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(xué)和德克薩斯州埃爾帕索大學(xué)的研究人員組成。團(tuán)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?zé)�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(tuán)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(dāng)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(tuán)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(dāng)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(jìn)的基于氣溶膠噴射的添加劑印刷方法，然后進(jìn)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(dá)500°C的溫度下進(jìn)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。“用這種新技術(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(dǎo)致的誤差，但是研究團(tuán)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