改良された3Dプリンターを用いた歪み測定装置の製造

二相固液製造は、エレクトロニクス、バイオ医薬品、エネルギー、防衛分野など、さまざまな研究分野における構造微小球材料の製造にも適用できます。このシステムは、ワイヤや電気的な接続を必要とせず、微細構造変形に関連する幅広いアプリケーションを測定することができます。手順を開始する前に、修正された3Dプリンタ、ひずみゲージインジケータ、駆動装置、サポートフレーム、アルミニウムバー、PDMSレンズ、スマートフォン、重量、プリントアンプ、ひずみゲージを含む実験プラットフォームを構築します。

プリンタのナイロン層の高さを0.05ミリメートルに設定します。印刷ヘッドの直径を0.2ミリメートルに設定し、ノズル温度を摂氏220度に設定します。印刷速度を1分あたり2000ミリメートルに設定します。

金属ノズルが低温プラットフォームに向かえるように球面押し出しヘッドの向きを調整し、輪郭線を印刷して正常な押し出しを確認します。その後、列にナイロンを掛けます。フロントエンドは、金属ノズルで溶融する印刷コイル容器に入る必要があります。

PDMS顕微鏡を組み立てるには、磁気撹拌機を使用して、PDMS前駆体の10~1重量比を硬化剤溶液に混合し、混合物を40分間脱気する。すべての気泡が取り除かれたら、球状押し出しヘッドのPDMSコンテナに混合物を注ぎ、プラスチックノズルが高温プラットフォームに向かるように球状押し出しヘッドとプラットフォームを回転させます。プラスチックノズルを50マイクロリットルに設定し、ノズル回転とステッパーモータをZ軸に使用して、ピペットデバイスの下端を金型から20ミリメートル離れたところに配置します。

次に高温プラットフォームを加熱し、PDMS容器を絞ってPDMSレンズを印刷します。印刷したPDMSレンズが室温まで冷却されたら、プリンターから取り外すため、ピンセットを使用します。負荷試験のひずみ測定を行うために、ナットとボルトを使用して、380 x 51 x 3.8ミリメートルアルミニウム6063-T83バーの一方の端を手術台に固定し、カンチレバービームの自由端から中心に十字架を描き、160ミリメートルの位置に引きます。

ビーム上の酸化物層を除去するには、歪みゲージワイヤグリッドの方向から約45度の角度で細かいサンドペーパーで表面を研磨します。アセトンに浸したコットンウールを使用して、サンドカンチレバービームの表面と歪みゲージペーストの表面を拭きます。その後、運転装置とひずみゲージインジケータを接続し、電源をオンにします。

次に、固定端のアルミニウム棒の中央面に歪みゲージを取り付け、標準重量をカンチレバービームの自由端に固定して、集中力入力を制御します。歪みゲージをナイロンアンプに置き換える前に、従来の歪みゲージインジケータを使用して、クォーターブリッジ接続方法でベースライン読み出しを記録します。PDMSレンズを29ミリメートルの焦点距離で8メガピクセルのセンサーを搭載したスマートフォンカメラに取り付け、鮮明な画像が得られるまでカメラの焦点距離を調整します。

次に、PDMS顕微鏡を使用して、ポインタの変位を読み取ります。有限要素解析を実行するには、片持ち梁ビームと増幅機構をソフトウェアの材料ライブラリにインポートし、配置位置をシミュレートします。カンチレバービームの作用の下で増幅機構ポインタの機械的特性を分析し、3次元幾何モデルで使用するためのメッシュを生成するために、微細な要素サイズの四面体要素を使用します。

次に、屈曲ヒンジ、特にポインタと他のボディ間のヒンジを改良し、片持ち梁ビームの自由端の中心に1ニュートンの集中力を適用します。プラットフォーム温度が上昇すると、液滴径と曲率半径が減少し、接触角が大きくなります。ここでは、実験変位測定とナイロンのFEAシミュレーションを比較して示していますが、このグラフはABSの斜面間の最小および最大の不一致を示しています。

本代表実験では、ナイロンとABSの測定感度を測定した。PDMSレンズの成形温度の制御が困難である。非接触赤外線放射温度計と高温プラットフォームを使用して、温度変化が許容範囲内であることを確認します。

この固液製造方法は、特に微小球構造の調製のために、バイオ医薬品分野の研究にも適用することができる。