Rahul Panat y un equipo de investigadores de CMU, WSU, y UT-El Paso han desarrollado una nueva técnica de impresión 3-D para la fabricación de galgas extensométricas que rompe la relación de Poisson en un 40%.

¿Alguna vez ha pesado su automóvil en una estación de pesaje en la carretera? ¿Ha pensado alguna vez en cómo se controlan las deflexiones en el ala de un avión? ¿Alguna vez se ha preguntado cómo controlan los ingenieros la tensión y la curvatura de un puente?

Estaciones de pesaje, alas de avion, y los puentes tienen al menos una cosa en común:galgas extensométricas. Las galgas extensométricas son dispositivos simples que se utilizan para medir la deformación, o tirar, en un objeto. A medida que estira, aplica deformación a, la galga extensométrica, su resistencia cambiará, diciéndole cuánta deformación está sufriendo el objeto. Y están en todas partes.

"En cualquier lugar donde haya deflexión de un sistema mecánico, verá galgas extensométricas; que son muchos lugares! "dice Rahul Panat, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon. Panat también está afiliado al Centro de Fabricación Next de la Universidad Carnegie Mellon.

Panat ha desarrollado una nueva técnica de impresión 3D para la fabricación de galgas extensométricas, junto con colaboradores de la Universidad Estatal de Washington y la Universidad de Texas en El Paso. Este nuevo método mejora significativamente la sensibilidad de las galgas extensométricas y aumenta sus capacidades para su uso en aplicaciones de alta temperatura.

Los investigadores fabricaron esta galga extensométrica mediante impresión por chorro de aerosol, un método de impresión 3-D que crea una película porosa mediante la sinterización controlada de nanopartículas que las fusionan parcialmente mediante calor. Cuando estirado, esta película porosa, que contiene muchos orificios diminutos que resultan del método de impresión 3-D, también conocida como fabricación aditiva:puede contraer más que una película sólida, la forma típica de galgas extensométricas fabricadas con métodos de fabricación tradicionales.

"Más contracción significa más sensibilidad, "explica Panat, "por lo que obtenemos una galga extensométrica mucho más sensible al adoptar este nuevo método de fabricación, donde imprimimos nanopartículas de un material y creamos esta porosidad mediante sinterización controlada ".

Este nuevo método de fabricación rompe lo que se conoce como la relación de Poisson, el límite de la sensibilidad de una galga extensométrica sólida. La relación de Poisson de un material describe cuánto se contrae un material en una dirección cuando se estira en otra dirección. La relación de Poisson máxima que puede tener un material sólido es de aproximadamente 0,5, según Panat.

"Debido a la porosidad de la película, estamos viendo una relación de Poisson efectiva de aproximadamente 0,7, lo que significa que tenemos un aumento de alrededor del 40% en la contracción lateral para una deformación determinada de la película, "dice Panat." Eso hace que la galga extensométrica sea mucho más sensible a la medición ".

Además de la mayor sensibilidad de estas galgas extensométricas, Otra ventaja que descubrió Panat fue que estos sensores de deformación son muy adecuados para aplicaciones de alta temperatura. Las galgas extensométricas sólidas fabricadas con técnicas de fabricación tradicionales son susceptibles de error debido a la interferencia del calentamiento térmico. pero las galgas extensométricas porosas fabricadas con esta nueva técnica son resistentes a este error.

"La razón por la que un material mostrará deformación térmica es porque el material se expande naturalmente cuando se calienta, "dice Panat." En nuestro caso, la expansión general de la película porosa debido al calor solo es mucho menor que si fuera una película sólida. Las películas creadas con esta nueva técnica no se expanden tanto, por lo que estamos reduciendo significativamente el error en aplicaciones de alta temperatura ".

Md Taibur Rahman, investigador postdoctoral en la Universidad Carnegie Mellon, también trabajó en este proyecto. Esta investigación, "Sensores de deformación de alto rendimiento impresos en 3-D para aplicaciones de alta temperatura, "fue publicado en el Revista de física aplicada .