Misurazioni dinamiche utilizzando sensori di deformazione incorporati stampati in 3D FDM

Continua la ricerca centrata attorno ai sensori di deformazione stampati in 3D

I ricercatori continuano a studiare i sensori di deformazione, una crescente area di interesse in quanto la stampa 3D e l’elettronica continuano a fondersi e ad espandersi, con la necessità di sensori e monitor in molte applicazioni diverse. Gli autori descrivono ulteriormente le loro scoperte in ” Misurazioni dinamiche utilizzando sensori di deformazione incorporati stampati in 3D FDM “, spiegando perché i sensori sono così necessari oggi per la tecnologia, come le strutture intelligenti.

Poiché i “sistemi intelligenti” continuano a progredire nella sofisticazione, devono essere monitorati anche in modi più sofisticati. Gli autori sono consapevoli del fatto che i sensori di deformazione sono fondamentali per componenti aerospaziali e medici, specialmente quando potrebbero essere in gioco vite umane e molte ricerche precedenti sono state condotte da scienziati e ingegneri su sensori e applicazioni quali:

Robotica morbida
Sistemi di distribuzione dell’acqua
Orecchie bioniche stampate in 3D
Dispositivi sanitari domestici
“Le misure di deformazione sono essenziali per il monitoraggio dei sistemi meccanici, sia dal punto di vista statico che dinamico”, affermano i ricercatori.

Sottolineano, tuttavia, che vi sono limitazioni nel tentativo di utilizzare la stampa 3D FDM nella fabbricazione di sensori, con conseguenti risultati erratici con il materiale, problemi con l’estrusione e altri problemi che causano difetti.

“Tuttavia, il suo potenziale attuale e futuro è superiore ai suoi inconvenienti”, affermano i ricercatori, citando la connessione tra conduttività e risposta piezoresistiva ai sensori stampati FDM 3D.

Sono stati creati tre diversi campioni, utilizzando un estrusore doppio Ultimaker 3 , con PLA, testato con particolare attenzione al principio piezoresistivo: “la capacità di un materiale elettricamente conduttivo di cambiare la sua resistenza se si verifica una deformazione meccanica”.

(A-C) La geometria dei campioni A-C: modello CAD dei campioni e dei sensori e dei campioni prodotti stampati in 3D. Il materiale non sensibile è PLA per i campioni A-C, anche se i colori sono diversi.

Nel complesso, i ricercatori hanno notato che i sensori creati tramite la stampa 3D FDM potrebbero eseguire misure di deformazione dinamica in questo studio, fino a 800 Hz. Questo è stato eseguito con l’uso sia di un accelerometro ad alta dinamica che di un modello numerico.

“Il modello teorico, convalidato da dati sperimentali, è stato utilizzato per dimostrare la fattibilità di calibrare i sensori di deformazione integrati usando test quasi-statici, tenendo anche conto degli effetti della temperatura, che sono stati rivelati come Sensori 2019, 19, 2661 13 di 15 trascurabile nella loro ampiezza (RA) variazione. L’ipotesi di un modello di ordine zero per i sensori è stata confermata fino a 800 Hz dal confronto tra FRF sperimentali e numerici in termini di sforzo “, hanno concluso i ricercatori.

“È stato studiato il contributo dell’interferenza elettromagnetica al rumore del ceppo. Sebbene sia stata studiata la compensazione del rumore elettromagnetico eseguita stampando un sensore sul piano neutro di un raggio, non è stato trovato che fosse efficace. Inoltre, sono state rilevate non linearità piezoresistive trascurabili nelle misurazioni quasi-statiche e dinamiche per i sensori stampati in 3D se il sensore si trova nella regione di risposta lineare della struttura. Questo lavoro apre la strada a nuove applicazioni di sensori integrati piezoresistivi stampati in 3D in cui le misure dinamiche sono fondamentali. “

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