Para saintis di United Technologies Research Center (UTRC) dan Universiti Connecticut mempunyai mengembangkan sensor "pintar" direka untuk dimasukkan ke dalam bahagian mesin dan memberi amaran pengguna kerosakan atau memakai minit.

Sensor dicipta menggunakan kaedah percetakan 3D yang canggih yang dikenali sebagai teknologi menulis langsung.

Biasanya, percetakan 3D - juga dikenali sebagai pembuatan tambahan - melibatkan penggunaan laser untuk memusingkan lapisan serbuk logam halus menjadi objek padat. Dengan teknologi tulis langsung, bahan seperti tampalan keluar dari muncung, seperti dakwat dari pena, dan boleh digunakan untuk pelbagai bahan substrat.

"Teknologi menulis langsung mampu mendeposit jejak halus konduktif, separuh konduktif, penebat, rintangan, atau bahan magnet ke permukaan 3D," kata Sameh Dardona, seorang pengarah penyelidikan dan inovasi di UTRC dan penyelidik utama dalam projek itu.

"Teknologi ini akan memberi impak bagaimana kami menghasilkan dan mengintegrasikan sensor ke dalam produk kerana ia membolehkan kami mendepositkan bahan penderiaan secara langsung ke permukaan tanpa memerlukan perumahan, substrat atau kurungan."

Kaedah menulis langsung dan komponen sensor pintar telah dibangunkan di makmal menulis langsung di UTRC.

Kaedah ini

Dengan teknologi tulis langsung, para penyelidik dapat mengintegrasikan garis miniscule filamen perak konduktif - hanya mikro mikron 15 dan mikron 50 selain, lebih tipis daripada rambut manusia purata - ke dalam mesin yang sedang dibina.

Seperti tali yang diikat ke dalam sekeping pakaian, sensor kecil dipasangkan di seluruh mesin. Mereka boleh mengesan kerosakan pada minit-minit di kawasan yang biasanya tidak dapat dicapai oleh sensor, memaklumkan pengguna kerosakan sebelum ia boleh menyebabkan masalah yang serius.

"Keindahan kaedah ini adalah bahawa corak disalurkan terus ke komponen mesin yang sedia ada, membolehkan integrasi fungsi penderiaan yang lancar ke dalam jentera sedia ada," kata Anson Ma, seorang profesor kejuruteraan kimia dan biomolekul di UConn, yang bekerja pada projek itu.

Barisan filamen perak diatur dalam garis selari, masing-masing ditambah dengan perintang 3D yang dicetak kecil. Filamen perak mampu menjalankan elektrik, jadi apabila voltan dikenakan, garisan-garisan yang saling bersambung membentuk litar elektrik.

"Apabila berlaku berlaku, sebahagian bahagian ini rosak, menyebabkan perubahan dalam isyarat elektrik," kata Ma. "Strategi ini membuka kemungkinan mengesan memakai tanpa mengambil jentera selain semasa operasi biasa, meningkatkan keselamatan dan meminimumkan masa kerja mesin."

Apabila komponen rosak, litar elektrik rosak. Oleh itu, kerosakan dapat dikesan dari jauh dan secara real time dengan membaca tahap voltan.

Aplikasi

Mikrosensor boleh dibenamkan, sebagai contoh, ke dalam salutan seramik dan polimer bilah kipas turbin jet, yang secara konsisten tertakluk kepada tekanan dan haba yang besar.

Kerosakan mikroskopik - seperti retak pada salutan pelindung - boleh mempunyai kesan yang signifikan terhadap fungsi komponen, tetapi boleh secara literal tidak dapat dilihat dengan mata kasar. Sensor tertanam, bagaimanapun, akan membolehkan mekanik untuk menjejaki walaupun kerosakan yang paling miniscule kerana ia berlaku dan membetulkannya sebelum mereka boleh membuat kerosakan yang lebih besar.

Sensor boleh dimasukkan ke dalam teknologi mana-mana yang melibatkan bahagian-bahagian yang bergerak dan tertakluk untuk dipakai.

"Ini mengubah cara kita melihat pembuatan," kata Dardona dalam satu kenyataan. "Kami kini boleh mengintegrasikan fungsi menjadi komponen untuk menjadikannya lebih pintar."

"Sensor ini dapat mengesan sebarang jenis pakai, bahkan kakisan, dan melaporkan maklumat tersebut kepada pengguna akhir. Ini membantu kami meningkatkan prestasi, mengelakkan kegagalan, dan menjimatkan kos. "

Dardona membayangkan sensor ini digunakan dalam industri aeroangkasa, automotif dan perindustrian - industri di mana terdapat keperluan untuk memantau dengan tepat keadaan komponen mesin dalam masa nyata.

Teknologi menulis langsung juga boleh digunakan untuk membuat lebih daripada sekadar sensor. Pasukan menggunakan proses yang sama untuk membuat komponen mesin unik yang mempunyai pelapis magnetik atau bahan magnet yang tertanam di dalamnya.

Mereka membangunkan dakwat magnet berikat polimer yang boleh dibentuk dalam bentuk sewenang-wenang dan luar biasa, yang membolehkan penciptaan komponen magnet yang luar biasa.

"Untuk fabrikasi magnet, kami telah merumuskan dakwat berfungsi yang mengandungi zarah magnet dan photopolymer, yang menguatkan pendedahan kepada cahaya UV," kata Ma.

"Kami terlebih dahulu meletakkan beberapa dakwat berikutan corak yang dikehendaki dengan menggunakan kaedah tulis langsung, dan kemudian gunakan UV untuk (sebahagiannya) menguatkan lapisan itu. Kami mengulangi proses untuk membuat objek 3D dengan bentuk sewenang-wenang seperti yang direka dalam fail digital.

"Kuncinya ialah untuk mengawal sifat-sifat aliran dakwat supaya dakwat yang disimpan akan mengekalkan bentuk sehingga pemejalan yang disebabkan oleh UV berlaku."

Ma percaya bahawa teknologi magnet ini mempunyai pelbagai aplikasi perindustrian.

"Magnet boleh digunakan untuk membuat arus elektrik dalam penjana atau alternator, meningkatkan prestasi peranti elektromagnetik seperti induktor, dan mengesan laju atau kedudukan omboh bergerak atau aci yang berputar," katanya.

Sekali teknologi ini berada di tangan pereka dan jurutera, tidak ada berapa banyak aplikasi yang boleh dimiliki.

Dalam satu kenyataan, Dardona menyatakan bahawa memasukkan bahan magnet secara langsung ke dalam komponen boleh membawa kepada reka bentuk produk berwawasan yang lebih aerodinamik, lebih ringan dan cekap.

"Magnet bercetak akan mempunyai aplikasi dalam pengesanan dan pengaktifan," kata Dardona. "Proses percetakan dapat menghasilkan rekaan magnet yang tidak mungkin menggunakan teknik subtractive atau machining yang ada."

Dardona telah memohon untuk a paten untuk teknologi sensor.

Kerjasama adalah kunci

Kedua-dua Dardona dan Ma menegaskan bahawa kerjasama antara UTRC dan UConn telah menjadi sangat produktif, dan projek itu tidak dapat diselesaikan tanpa sumbangan unik dari kedua-dua pihak.

Projek ini dibiayai dan diuruskan oleh pasukan Dardona di UTRC. Dardona berkata hubungan dengan UConn dibentuk kerana kepakaran unik universiti dalam rheologi dakwat dan perumusan.

"Ini merupakan kerjasama yang sangat baik antara universiti (akademia) dan industri," kata Ma.

"Kumpulan penyelidikan universiti kami memberi tumpuan kepada pemahaman asas dan perumusan dakwat fungsional dengan sifat-sifat yang sesuai untuk percetakan kesetiaan tinggi, manakala rakan industri kami (UTRC) memimpin reka bentuk sensor dan menggunakan teknologi ini untuk menangani cabaran teknikal penting yang berkaitan dengan sensor memakai dan magnet aplikasi. "

Kerjasama tersebut juga memberi peluang kepada pelajar untuk mendapatkan pengalaman penyelidikan dunia nyata.

Sebagai sebahagian daripada kerjasama, Alan Shen, seorang pelajar doktoral di UConn, telah dimasukkan ke dalam pasukan penyelidikan Dardona. Berkhidmat sebagai penyelidik utama di kedua-dua projek itu, beliau membantu dalam pembangunan, pengujian dan pengujian semula teknologi baru ini selama tiga tahun yang lalu.

"Ia juga sangat bermanfaat untuk pelajar kita," kata Ma dalam satu kenyataan.

"Pelajar yang terlibat dalam projek ini disepadukan sepenuhnya ke dalam pasukan penyelidikan. Ia bukan hanya hebat dari perspektif pembangunan tenaga kerja; ia juga memberi peluang kepada pelajar untuk bekerjasama rapat dengan jurutera profesional di kemudahan yang indah seperti UTRC. "