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3D打印智能零部件,康涅狄格大学是如何实现的?
作者:地创三维3D打印机 浏览: 发布日期:2018-09-05 10:34
        传感器是自动检测和自动控制的主要环节。传感器为物体提供触觉,味觉和嗅觉,使物体或机械部件“活跃”。不难理解,传感器在检测机械部件损坏和故障方面起着重要作用。联合技术研究中心(UTRC)和康涅狄格大学(UConn)的研究人员正在使用3D打印技术创建嵌入式微传感器,这些微传感器与机械组件集成在一起,可以识别机械组件。受损的智能部件。那么他们如何实现这个应用程序呢?
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        嵌入在组件中的损伤检测传感器可以使用来自康涅狄格大学的直接写入3D打印技术来制造。比发际线更薄的微传感器 据了解,该应用的核心技术是Direct Write 3D打印技术,打印材料是半固态金属墨水,墨水由打印喷嘴挤出。金属油墨的粘度与牙膏的粘度相似。 科学家使用直接写入3D打印来打印制造3D打印机械部件时嵌入零件中的超细导电细丝。导电细丝可用作磨损传感器,检测任何类型的磨损甚至机械部件的腐蚀,并将此信息反馈给机械用户。此应用程序有助于避免损失并节省成本。 传感器的工作方式是: 每根平行银线耦合到嵌入在组件中的微型3D打印电阻器。互连线在施加电压时形成电路。由于导线从表面更深地嵌入到元件中,每个新的导线和电阻器被分配越来越高的电压值。任何损坏,例如运动部件的摩擦和磨损都会切断一根或多根电线,在此阶段电路将断开。损坏的电线越多,对元件的损坏就越大。实时电压读数允许工程师评估对组件的潜在损坏,而无需拆卸整个机器,而无需拆卸整个机器。
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用于3D打印的磁性元件,图像源:康涅狄格大学。

        以下实际应用示例可以帮助我们更好地理解3D打印传感器的作用。例如,通过使用3D打印技术在喷气发动机的涡轮叶片的陶瓷涂层中制造嵌入式传感器,当叶片受到巨大的物理力和热量以产生微观裂缝时,叶片性能将产生灾难性后果,但这些微裂缝肉眼看不见,嵌入式传感器及时发现这些裂缝,并及时警告机械师的损坏。
        使用直接墨水3D打印技术,研究团队可以嵌入仅15微米宽和50微米的传感器线,这意味着传感器线比大多数人的头发更薄。如此小的尺寸意味着通过该技术制造的传感器可以检测到非常小的损坏。开发这种精确的传感器并不容易。关键技术是控制金属油墨的流动性。康涅狄格大学化学与生物分子工程副教授,复杂流体实验室博士生Anson Ma测量并优化了银注射墨水的流动特性,可靠地沉积微米级金属线,而不会堵塞喷嘴或墨水沉积。扩散的情况。 任意形状的磁性元件 除了上述应用之外,研究团队还能够使用直接写入3D打印技术创建具有磁性或嵌入式磁性材料的新组件。这些聚合物粘合磁铁能够适应各种形状,并且不需要在需要磁性部件的机器中使用单独的壳体。也就是说,磁体可以无缝地安装在不同形状的其他功能部件之间。通过改变磁体的形状,可以进一步操纵和优化所得的合成磁场。 目前,用于制造定制3D打印磁体的方法依赖于高温固化,但是该方法降低了材料的磁性。康涅狄格大学和UTRC研究团队使用低温紫外线固化磁铁。该技术类似于牙医使用紫外线来硬化填料。康涅狄格大学表示,所得磁铁的性能明显优于其他增材制造方法。 磁铁具有广泛的工业应用,从产生交流发电机电流的部件到跟踪运动部件位置或速度的先进传感器。将磁性材料直接嵌入组件中的3D打印技术使新产品设计更具空气动力学,更轻便,更高效。
        直写3D打印技术在微结构零件或平面和三维尺寸的电子元件的快速制造领域具有广泛的应用空间。具体的市售应用包括印刷电子器件,太阳能电池,微流体芯片,新型复合材料,组织工程等。 根据市场调查,哈佛大学刘易斯教授还开发了一种直写3D打印技术,这是一种高通量的多喷嘴3D打印技术。刘易斯教授的直接写作技术描述侧重于多喷嘴Multinozzle沉积系统。该系统包括两个独立的微通道网络,第一微通道网络和第二微通道网络。第一种油墨主要是聚合物塑料,包括由硅胶和环氧树脂组成的油墨。
       在UTRC和康涅狄格大学的一项研究中,直接写入3D打印技术的一个应用是嵌入式叶片传感器的制造。根据3D Science Valley的市场观察,GE还通过另一种增材制造技术,气溶胶喷射技术开发涡轮发动机叶片传感器。在2017年1月17日由GE批准的专利中,公开了一种用于在涡轮机部件上制造应变传感器的方法。该方法包括涡轮机部件的外部表面规划以及陶瓷材料如何沉积在外表面上的指定位置上。该专利还公开了一种监测涡轮机部件的方法,该方法包括形成至少两个参考点的应变传感器。应变传感器的陶瓷粉末通过自动3D打印添加剂制造工艺沉积在刀片的表面上,该工艺可包括热障涂层,例如氧化钇和稳定的氧化锆。某些特殊涡轮机部件不需要热障涂层。

资料来源:3D Science Valley
文章来源:南极熊

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