Rahul Panat e uma equipe de pesquisadores da CMU, WSU, e a UT-El Paso desenvolveram uma nova técnica de impressão 3-D para a fabricação de medidores de tensão que quebra o coeficiente de Poisson em 40%.

Você já pesou seu carro em uma estação de pesagem na rodovia? Você já pensou em como as deflexões das asas de um avião são monitoradas? Você já se perguntou como os engenheiros monitoram o estresse e a curvatura de uma ponte?

Estações de pesagem, asas de avião, e as pontes têm pelo menos uma coisa em comum:medidores de tensão. Medidores de tensão são dispositivos simples usados ​​para medir a tensão, ou puxar, em um objeto. Conforme você estica - aplica deformação - ao medidor de tensão, sua resistência vai mudar, informando a quantidade de deformação que o objeto está sofrendo. E eles estão por toda parte.

"Em qualquer lugar onde haja deflexão de um sistema mecânico, você verá medidores de tensão; que são muitos lugares !, "diz Rahul Panat, professor associado de engenharia mecânica na Carnegie Mellon University. Panat também é afiliado ao NextManufacturing Center da Carnegie Mellon University.

Panat desenvolveu uma nova técnica de impressão 3-D para a fabricação de medidores de tensão, junto com colaboradores da Washington State University e da University of Texas em El Paso. Este novo método melhora significativamente a sensibilidade dos medidores de tensão e aumenta sua capacidade de uso em aplicações de alta temperatura.

Os pesquisadores fabricaram este medidor de tensão usando impressão a jato de aerossol, um método de impressão 3-D que cria um filme poroso por sinterização controlada de nanopartículas que as aglutinam parcialmente usando o calor. Quando esticado, este filme poroso - que contém muitos orifícios minúsculos que resultam do método de impressão 3-D, também conhecido como manufatura aditiva - é capaz de contrair mais do que um filme sólido, a forma típica de medidores de tensão fabricados usando métodos de fabricação tradicionais.

"Mais contração significa mais sensibilidade, "explica Panat, "portanto, obtemos um medidor de tensão muito mais sensível ao adotar este novo método de fabricação, onde imprimimos nanopartículas de um material e criamos essa porosidade por sinterização controlada. "

Este novo método de fabricação quebra o que é conhecido como coeficiente de Poisson, o limite de quão sensível pode ser um extensômetro sólido. O coeficiente de Poisson de um material descreve o quanto um material se contrairá em uma direção quando for esticado em outra direção. O coeficiente de Poisson máximo que um material sólido pode ter é cerca de 0,5, de acordo com Panat.

"Por causa da porosidade do filme, estamos vendo um coeficiente de Poisson efetivo de aproximadamente 0,7 - o que significa que temos um aumento de cerca de 40% na contração lateral para uma determinada deformação do filme, "diz Panat." Isso torna o medidor de tensão muito mais sensível à medição. "

Além do aumento da sensibilidade desses medidores de tensão, outra vantagem que Panat descobriu foi que esses sensores de deformação são altamente adequados para aplicações de alta temperatura. Medidores de tensão sólidos fabricados usando técnicas de fabricação tradicionais são suscetíveis a erros devido à interferência do aquecimento térmico, mas os medidores de tensão porosos fabricados com essa nova técnica são resistentes a esse erro.

"A razão pela qual um material apresentará deformação térmica é porque o material se expande naturalmente quando é aquecido, "diz Panat." No nosso caso, a expansão geral do filme poroso por causa do calor sozinho é muito menor do que se fosse um filme sólido. Os filmes criados com esta nova técnica não se expandem muito, portanto, estamos reduzindo significativamente o erro em aplicações de alta temperatura. "

Md Taibur Rahman, um pesquisador de pós-doutorado na Carnegie Mellon University, também trabalhou neste projeto. Essa pesquisa, "Sensores de tensão impressos 3-D de alto desempenho para aplicações de alta temperatura, "foi publicado no Journal of Applied Physics .