3D打印的“智能”機(jī)器組件可提醒用戶損壞和磨損

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責(zé)任編輯：六月芳菲時間：2018-08-09 11:50

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[導(dǎo)讀]利用先進(jìn)的增材制造技術(shù)，聯(lián)合技術(shù)研究中心和康涅狄格大學(xué)的科學(xué)家們創(chuàng)造了“智能”機(jī)器組件，可以在用戶佩戴或損壞電壓讀數(shù)時提醒用戶。

利用先進(jìn)的增材制造技術(shù)，聯(lián)合技術(shù)研究中心和康涅狄格大學(xué)的科學(xué)家們創(chuàng)造了“智能”機(jī)器組件，可以在用戶佩戴或損壞電壓讀數(shù)時提醒用戶。

（Peter Morenus / UConn照片）

創(chuàng)新的關(guān)鍵是使用直寫技術(shù)。直接寫入技術(shù)是一種增材制造技術(shù)，當(dāng)噴嘴在平臺上移動時，半固體金屬“墨水”從小噴嘴擠出。因此，通過逐層“書寫”所需形狀來構(gòu)建對象。直寫技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有許多優(yōu)點，因為它具有降低成本和提高制造靈活性的優(yōu)點。這一過程使得康涅狄格大學(xué)UTRC科學(xué)家能夠創(chuàng)造出細(xì)線的導(dǎo)電銀絲，這些絲可以在制作時嵌入3D打印部件中。

在制造過程中，銀線的平行線（每個都與微型3D印刷電阻器耦合）嵌入到部件中并在施加電壓時形成電路。研究人員解釋說：“隨著線路從表面越來越深地嵌入到元件中，每個新線路和電阻器的電壓值都越來越高。”由運動部件的摩擦引起的任何損壞或磨損都會切入一條或多條線路，從而破壞電路。損壞越大，破碎的線越多。工程師可以通過實時電壓讀數(shù)評估潛在的損壞，而無需將整個機(jī)器拆開。

UConn-UTRC團(tuán)隊能夠嵌入僅15微米寬的傳感器線（人類頭發(fā)平均寬度為100微米），相距50微米，因此可以檢測到非常輕微的損壞。

“這改變了我們對制造業(yè)的看法，”UTRC研究與創(chuàng)新副總監(jiān)Sameh Dardona表示，該公司是聯(lián)合技術(shù)公司的創(chuàng)新引擎。“我們現(xiàn)在可以將功能集成到組件中，使其更加智能化。傳感器可以檢測任何類型的磨損，甚至是腐蝕，并將這些信息報告給最終用戶。這有助于我們提高性能，避免故障并節(jié)省成本。“

創(chuàng)建這樣一個精確的傳感器并不容易。 UConn化學(xué)與生物分子工程副教授Anson Ma博士和博士。來自Ma的復(fù)雜流體實驗室的學(xué)生Alan Shen測量并優(yōu)化了注入銀的墨水的流動特性，以便可以可靠地沉積微米級線條，而不會堵塞噴嘴或在沉積后導(dǎo)致大量擴(kuò)散。 UTRC的Dardona申請了嵌入式磨損傳感器技術(shù)專利。

在UTC研究中心使用直寫技術(shù)創(chuàng)建的3D打印磁鐵。（Peter Morenus / UConn照片）

研究人員還使用直接寫入技術(shù)來制造具有復(fù)雜幾何形狀和任意形狀的聚合物粘合磁體。 “這開辟了許多令人興奮的機(jī)會，”馬說。 “想象一下，磁鐵可以采用不同的形狀，并可以無縫地安裝在其他功能部件之間。此外，通過改變磁鐵的形狀，可以進(jìn)一步操縱和優(yōu)化所產(chǎn)生的磁場。”

目前用于制造定制3D打印磁體的方法依賴于高溫固化，不幸的是，這降低了材料的磁性。 UConn和UTRC的科學(xué)家使用低溫紫外線來固化磁鐵，類似于牙醫(yī)使用紫外線來硬化填充物。由此產(chǎn)生的磁體表現(xiàn)出明顯優(yōu)于由其他增材制造方法產(chǎn)生的磁體的性能。

Dardona說，將磁性材料直接嵌入元件中可以使新產(chǎn)品設(shè)計更符合空氣動力學(xué)，更輕便，更高效。

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