Тензодатчики в инженерном мире используются для измерений широкого спектра вещей: от взвешивания автомобилей до мониторинга сил, действующих на крыло самолета. Принцип работы таких датчиков весьма прост — когда к ним прилагается сила, они деформируются. Величина деформации позволяет вести точные измерения. Исследователи из трех университетов в США (Carnegie Mellon University, University of Texas El Paso, Washington State University) использовали 3D печать для усовершенствования электронного измерительного оборудования, в том числе и для повышения чувствительности тензодатчиков.

Подобные датчики, как правило, изготавливается из твердых тел и в их исполнении имеется общий стандарт, известный как коэффициент Пуассона. В двух словах, это соотношение — предел чувствительности твердого тела. Максимальное значение коэффициента составляет 0,5. Однако, из-за аэрозольной струйной 3D печати, твердый материал усеивается большим количеством крошечных отверстий, образую пористую структуру-пленку. Аэрозольная печать использует аэродинамическую фокусировку с цифровым управлением для точного нанесения чернил на подложку.

Благодаря этому контролируемому спеканию наночастиц, процесс 3D печати позволяет определить точную пористость твердой структуры. Использование аэрозольной струйной печати позволило исследователям оптимизировать объем структурного сжатия пленки, которая применяется в тензодатчике: чем больше сжимается пленка, тем более чувствительной будет деформация, и тем более точно она может ее измерять. Эффективный коэффициент Пуассона при данном методе изготовления увеличивается до 0,7.



И это не единственный плюс от 3D печати. Обычные твердотельные тензодатчики подвержены большим погрешностям при работе в высокотемпературных условиях, но новые напечатанные устройства устойчивы к этим тепловым помехам. «Причина, по которой материал будет показывать тепловую деформацию, заключается в том, что он естественным образом расширяется при нагревании», — говорит Rahul Panat, один из исследователей университета Carnegie Mellon. «В нашем случае общее расширение пористой пленки из-за высокой температуры намного меньше, чем у сплошной пленки». Результаты исследования, описания и все выкладки были опубликованы в журнале Applied Physics.