1. कस्टम प्रिंटेड स्ट्रेन गेज
संरचनात्मक निगरानी, पहनने योग्य तकनीक, रोबोटिक्स और लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स में स्ट्रेन गेज महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। पारंपरिक स्ट्रेन गेज, हालांकि व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, कठोर सब्सट्रेट, जटिल असेंबली प्रक्रियाओं और सीमित अनुकूलन से बाधित होते हैं। प्रिंटेड इलेक्ट्रॉनिक्स और प्रवाहकीय नैनोकण स्याही एक अधिक लचीला मार्ग खोलते हैं: हल्के, डिजिटल रूप से निर्मित सेंसर जो विशिष्ट ज्यामिति, सब्सट्रेट या अनुप्रयोग के अनुरूप होते हैं।
इस श्वेत पत्र में नोवासेन्ट्रिक्स सिल्वर नैनोकण स्याही का उपयोग करके मुद्रित स्ट्रेन गेजों के विकास और सत्यापन की समीक्षा की गई है। नीचे दिए गए उदाहरण अकादमिक सत्यापन और अनुप्रयोग-आधारित उपयोग दोनों को दर्शाते हैं।
- लुइसविले विश्वविद्यालय के दो अध्ययन [1], [2] एयरोसोल जेट प्रिंटिंग का प्रदर्शन करें जेएस-ए426, जिसमें गेज डिजाइन, सिंटरिंग अनुकूलन और गेज फैक्टर माप शामिल हैं।
- सैन एंटोनियो स्थित टेक्सास विश्वविद्यालय के एक अध्ययन [3] प्रयुक्त जेएस-A102Aजबकि नोवी सैड विश्वविद्यालय के एक अध्ययन में [4] विभिन्न प्रकार की सेंसर ज्यामितियों को तेजी से तैयार करने के लिए इंकजेट-अनुकूलित नोवासेन्ट्रिक्स स्याही का उपयोग किया गया।
- दो अतिरिक्त अध्ययन अनुप्रयुक्त प्रणालियों पर प्रकाश डालते हैं: अंतर्निहित तनाव संवेदन के साथ एक डेल्टा रोबोट। जेएस-बी25पी [5] और एक स्पर्शनीय रोबोटिक त्वचा सेंसर का उपयोग करते हुए जेएस-ए426 [6].
2. परिचय और पृष्ठभूमि
स्ट्रेन गेज, चालक तरंग के तनाव या संपीड़न के तहत प्रतिरोध में होने वाले परिवर्तन को ट्रैक करके यांत्रिक विरूपण को मापते हैं। चालक तरंग के फैलने या सिकुड़ने से चालक की ज्यामिति और अंतर्निहित सूक्ष्म संरचना दोनों में बदलाव आता है, जिससे मापने योग्य विद्युत प्रतिक्रिया उत्पन्न होती है।
परंपरागत फ़ॉइल गेज अभी भी प्रभावी हैं, लेकिन उनमें कुछ वास्तविक सीमाएँ भी हैं: कठोर माउंटिंग परंपराएँ, चिपकने वाले बॉन्डिंग चरण, सीमित ज्यामितीय स्वतंत्रता और विनिर्माण लागत जब किसी डिज़ाइन को जल्दी से बदलने की आवश्यकता होती है।
प्रिंटेड इलेक्ट्रॉनिक्स डिज़ाइन के क्षेत्र में बदलाव लाता है। प्रवाहकीय स्याही को सीधे लचीले सब्सट्रेट पर जमा किया जा सकता है, जिससे सॉफ़्टवेयर-स्तर पर ज्यामिति में बदलाव, बेहतर पुनरावृति लूप और पतली, अनुरूप या अनुप्रयोग-विशिष्ट सामग्रियों पर सेंसर का निर्माण संभव हो पाता है।
नोवासेन्ट्रिक्स विभिन्न जमाव विधियों के अनुरूप कई सिल्वर नैनोकण स्याही प्रणालियाँ प्रदान करता है, जिनमें महीन-लाइन एयरोसोल जेट प्रिंटिंग से लेकर उत्पादन-उन्मुख इंकजेट वर्कफ़्लो तक शामिल हैं। ये प्रमाणित सामग्रियाँ ही इस पृष्ठ पर दिए गए अध्ययनों को उन इंजीनियरिंग टीमों के लिए प्रासंगिक बनाती हैं जो अवधारणा से लेकर कार्यान्वयन तक की प्रक्रिया में हैं।
गेज फैक्टर
स्ट्रेन गेजों के लिए कोर संवेदनशीलता मीट्रिक
कहा पे ΔR प्रतिरोध में परिवर्तन है, R यह मूल प्रतिरोध है, और ε यह लगाया गया तनाव है। एक बड़ा गेज फैक्टर उच्च संवेदनशीलता को दर्शाता है।
संदर्भ श्रेणी
3. स्ट्रेन गेज के लिए नोवासेंट्रिक्स इंक
नोवासेन्ट्रिक्स की प्रवाहकीय स्याही को डिजिटल डिपोजिशन और पोस्ट-प्रिंट प्रोसेसिंग के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो प्रिंटेड सेंसर के उन्नत निर्माण में सहायक है। एयरोसोल जेट और इंकजेट वर्कफ़्लो में स्ट्रेन-गेज अनुप्रयोगों के लिए कई सिल्वर नैनोपार्टिकल स्याही का पहले ही परीक्षण किया जा चुका है।
मेटलॉन® जेएस-ए426
AJP द्वारा अनुकूलित सिल्वर नैनोकण स्याही, PI (कैप्टन) और PET सहित लचीले सब्सट्रेट पर महीन रेखाओं की छपाई के लिए उपयुक्त है। स्पर्श संवेदकों, रोबोटिक स्किन और संरचनात्मक गेजों के लिए इसका परीक्षण किया जा चुका है।
JS-A426 देखेंमेटलॉन® जेएस-A102A
डिमैटिक्स ड्रॉप-ऑन-डिमांड इंकजेट प्रिंटिंग के लिए सिल्वर इंक। यह कैप्टन पर विभिन्न सेंसर ज्यामितियों का तेजी से निर्माण करने में सक्षम बनाता है, और चरणबद्ध निम्न-तापमान सिंटरिंग के बाद कम प्रतिरोध प्राप्त करता है।
JS-A102A देखेंमेटलॉन® जेएस-बी25पी
पेशेवर और डेस्कटॉप इंकजेट सिस्टम के लिए सिल्वर नैनोपार्टिकल इंक। पीईटी पर मजबूत आसंजन के साथ डेल्टा रोबोट ओरिगामी जॉइंट सेंसिंग एप्लिकेशन में उपयोग किया जाता है।
JS-B25P देखेंमेटलॉन® जेएस-बी25एचवी और जेएस-बी15पी
पॉलीइमाइड और पीईटी पर मान्य इंकजेट स्याही, पेशेवर और डेस्कटॉप सिस्टमों में उपयोग की जा सकती है, जिसमें सब्सट्रेट और परत संख्या के आधार पर गेज फैक्टर मान 1.58 और 2.03 के बीच होते हैं।
इंकजेट स्याही देखें4. केस स्टडी: नोवासेन्ट्रिक्स इंक का उपयोग करके मुद्रित स्ट्रेन गेज
4.1 जेएस-ए426 एयरोसोल जेट प्रिंटिंग के माध्यम से - लुइसविले विश्वविद्यालय [1], [2]
लुइसविले विश्वविद्यालय के दो अध्ययनों ने इसके उपयोग को प्रदर्शित किया। जेएस-ए426 एयरोसोल जेट प्रिंटिंग का उपयोग करके कैप्टन पर कस्टम स्ट्रेन गेज का निर्माण किया जाता है। 2023 के अनुवर्ती संस्करण में सिंटरिंग स्थितियों से जुड़ा एक चालकता पूर्वानुमान मॉडल जोड़ा गया, जिससे प्रक्रिया नियंत्रण में सुधार हुआ और नई प्रिंट स्थितियों के लिए परीक्षण-और-त्रुटि की आवश्यकता कम हो गई।
मुख्य परिणाम
जेएस-ए426 एरोसोल जेट अध्ययन के प्रतिनिधि परिणाम।
| मुद्रक | ऑप्टोमेक एयरोसोल जेट प्रिंटर |
|---|---|
| रेखा की चौड़ाई | 50 से 60 माइक्रोन |
| सिंटरिंग विंडो | 200 से 240 डिग्री सेल्सियस तापमान पर 18 से 24 घंटे तक |
| प्रवाहकत्त्व | लगभग 7.05 × 106 एस / एम |
| गेज कारक | 1.85 (2021) और 1.74 (2023) |
4.1.2 लचीले सब्सट्रेट पर स्पर्श संवेदन के लिए JS-A426
इस कार्य का विस्तार हुआ जेएस-ए426 रोबोटिक सतहों के लिए पीडीएमएस में एम्बेडेड एक तारा-आकार के स्पर्श संवेदक में इसका उपयोग किया गया। लगभग 5,000 चक्रों के दौरान, संवेदक ने लगभग 1.85 के गेज कारक के साथ दोहराव योग्य व्यवहार बनाए रखा, जो गतिशील सॉफ्ट-रोबोटिक्स स्थितियों में स्थायित्व को दर्शाता है। [6]
4.2 जेएस-ए102ए इंकजेट ड्रॉप-ऑन-डिमांड के माध्यम से - टेक्सास विश्वविद्यालय, सैन एंटोनियो [3]
यूटीएसए के अध्ययन में इस्तेमाल किया गया जेएस-A102A तेजी से सेंसर निर्माण की संभावनाओं का पता लगाने के लिए डिमैटिक्स ड्रॉप-ऑन-डिमांड सिस्टम का उपयोग किया गया। कैप्टन पर कई ज्यामितियों को प्रिंट किया गया, जिससे 50°C और 150°C पर चरणबद्ध सिंटरिंग के बाद 2.3 और 7.2 ओम के बीच प्रतिरोध प्राप्त हुए। यह परिणाम सुसंगत विद्युत प्रदर्शन के साथ तेजी से प्रोटोटाइप बनाने का एक सशक्त उदाहरण है।
4.3 जेएस-बी25एचवी और जेएस-बी15पी इंकजेट प्रिंटिंग के माध्यम से - नोवी सैड विश्वविद्यालय [4]
शोधकर्ताओं ने नोवासेन्ट्रिक्स सिल्वर इंक से निर्मित इंकजेट प्रिंटेड स्ट्रेन गेजों की तुलना प्रोफेशनल और डेस्कटॉप प्रिंट सिस्टमों पर की। पॉलीइमाइड और पीईटी पर, प्रिंटेड गेजों ने सब्सट्रेट, इंक के चयन और लेयर काउंट के आधार पर 1.58 से 2.03 तक के गेज फैक्टर मान दिए, साथ ही मामूली दीर्घकालिक विचलन के साथ अच्छी अल्पकालिक स्थिरता बनाए रखी।
5. वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग
ओरिगामी-आधारित डेल्टा रोबोट
इस्तांबुल टेक्निकल यूनिवर्सिटी की एक टीम ने प्रिंटेड स्ट्रेन गेजों को एकीकृत किया। जेएस-बी25पी इसे फोल्डेबल डेल्टा रोबोट में परिवर्तित किया जा सकता है। [5] इन सेंसरों को पीईटी पर प्रिंट किया गया था और कोण माप के लिए ओरिगामी जोड़ों में एम्बेड किया गया था, जो प्रतिरोध परिवर्तन के माध्यम से 0° से 90° तक की गति को सफलतापूर्वक ट्रैक करते हैं और हल्के रोबोटिक नियंत्रण के लिए एनालॉग फीडबैक को सक्षम बनाते हैं।
रोबोटिक स्किन में स्पर्श संवेदन
एक तारा आकार का स्ट्रेन गेज जिसका उपयोग किया जाता है जेएस-ए426 इसे लचीले कैप्टन पर मुद्रित किया गया और स्पर्श संवेदक के रूप में कार्य करने के लिए पीडीएमएस में एम्बेड किया गया। [6] यह सेंसर साइनसोइडल और स्टेप इनपुट के तहत रैखिक, दोहराने योग्य प्रतिक्रिया दिखाता है, जिससे यह स्पर्शनीय प्रतिक्रिया और सॉफ्ट-रोबोटिक्स एकीकरण के लिए एक मजबूत विकल्प बन जाता है।
6. सारांश और आउटलुक
शैक्षणिक और व्यावहारिक अध्ययनों में, नोवासेन्ट्रिक्स सिल्वर नैनोपार्टिकल इंक ने कई डिजिटल प्रिंटिंग प्रक्रियाओं का उपयोग करके उच्च-प्रदर्शन वाले लचीले स्ट्रेन गेज बनाने में अपनी प्रभावशीलता साबित की है। एयरोसोल जेट से लेकर इंकजेट तक, और कैप्टन से लेकर पीईटी तक, यह प्लेटफॉर्म विश्वसनीय चालकता, दोहराने योग्य गेज फैक्टर प्रदर्शन और कार्यशील रोबोटिक प्रणालियों में एकीकरण का समर्थन करता है।
ज्यामिति को अनुकूलित करने, लचीले सब्सट्रेट पर सीधे प्रिंट करने और अपेक्षाकृत सुलभ डिपोजिशन हार्डवेयर के साथ काम करने की क्षमता इन सामग्रियों को रैपिड प्रोटोटाइपिंग, वियरेबल्स, संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी और सॉफ्ट रोबोटिक्स के लिए विशेष रूप से उपयोगी बनाती है।
नोवासेन्ट्रिक्स का व्यापक सामग्री पोर्टफोलियो और प्रक्रिया पारिस्थितिकी तंत्र, जिसमें कम थर्मल बजट क्यूरिंग के लिए समर्थन शामिल है। पल्सफोर्जयह शोध सत्यापन से लेकर बड़े पैमाने पर उत्पादन तक का एक व्यावहारिक मार्ग प्रदान करता है।
भविष्य की रूप रेखा
- अत्यंत कम तापीय बजट वाले अनुप्रयोगों और ताप-संवेदनशील सब्सट्रेटों के लिए फोटोनिक सिंटरिंग का उपयोग करें।
- तनाव संवेदन को तापमान, दबाव या स्पर्श प्रतिक्रिया जैसी संबंधित क्रियाओं के साथ संयोजित करें।
- ओईएम और अनुसंधान के लिए त्वरित तैनाती हेतु मान्य सेंसर-ज्यामिति पुस्तकालय विकसित करें।
7. संदर्भ
-
[1]
रत्नायके, एट अल. सिल्वर नैनोपार्टिकल इंक का उपयोग करके एयरोसोल जेट प्रिंटेड स्ट्रेन गेज। आईईईई फ्लेक्स. इलेक्ट्रॉन. सेंस. कॉन्फ. (एफएलईपीएस) 2021।
खुला स्त्रोत -
[2]
रत्नायके, एट अल. एयरोसोल जेट प्रिंटेड सिल्वर नैनोपार्टिकल इंक के लिए चालकता भविष्यवाणी। आईईईई जे. फ्लेक्स. इलेक्ट्रॉन. 2023.
खुला स्त्रोत -
[3]
डिपोन, एट अल. सिल्वर इंक का उपयोग करके स्ट्रेन गेज की ड्रॉप-ऑन-डिमांड इंकजेट प्रिंटिंग। फेरोइलेक्ट्रिक्स 2023।
खुला स्त्रोत -
[4]
ज़लेबिक, एट अल. लचीले सब्सट्रेट पर इंकजेट प्रिंटेड स्ट्रेन गेज का प्रदर्शन विश्लेषण। फैक्टा यूनिव., सेर. इलेक्ट्रॉन. एनर्ज. 2016.
खुला स्त्रोत -
[5]
कलाफत। एकीकृत मुद्रित स्ट्रेन गेज के साथ ओरिगामी-आधारित डेल्टा रोबोट। हिटाइट जे. साइंस. इंजी. 2022।
खुला स्त्रोत -
[6]
ओलोवो, एट अल. रोबोटिक स्पर्शनीय त्वचा के लिए एरोसोल जेट प्रिंटेड स्टार-आकार का स्ट्रेन सेंसर। आईईईई जे. फ्लेक्स. इलेक्ट्रॉन. 2023.
खुला स्त्रोत
चित्र साभार: स्ट्रेन-गेज चित्रण इस पृष्ठ पर वर्तमान में उपयोग किए जा रहे चित्र स्रोत से अनुकूलित किया गया है, जिसका श्रेय नीचे दिया गया है। सीसी द्वारा एसए 2.5. शीर्ष पर वापस जाएँ
