Deformációmérés 3D nyomtatott vezetőképes kompozit szenzorral
A műanyagok elterjedésével a kompozitok is egyre nagyobb figyelmet kapnak a különböző műszaki területeken. Főként olyan helyen alkalmazzák őket, ahol a cél a nagy szilárdság elérése, de egyre gyakrabban használnak fel elektromosan vezetőképes kompozitokat. Ezek a speciális tulajdonságokkal rendelkező anyagok tetszőlegesen választott, általában hőre lágyuló polimerből, és valamilyen vezetőképes töltőanyagból épülnek fel. A vezetőképesség szempontjából elsősorban fontos a vezetőképes töltőanyagok egyenletes eloszlatása és mennyisége. Ügyelni kell arra, hogy a töltőanyag mennyisége valamennyivel a perkolációs küszöb felett legyen [1, 2].
A kompozit anyagokat ma már 3D nyomtatási technológiákban is előszeretettel alkalmazzák. Az additív gyártási technológiák sem az anyageltávolító, sem a képlékenyalakító technológiák közé nem sorolható. Gyártás során anyaghozzáadás elvén működik, azaz rétegről-rétegre építi fel a kívánt 3D-os modelleket. A 3D nyomtató technológiák között a legelterjedtebbek az FDM és az FFF nyomtatás. Ezen eljárások termoplasztikus polimerből készített filamenteket használnak adott termék elkészítésére. A filamentek tulajdonságai széles körben változtathatóak. Adalékolhatók erősítőanyagokkal, UV stabilizátorokkal, antibakteriális adalékanyagokkal, színezékekkel, égésgátlókkal, hővezetőképesség növelő és elektromos vezetőképesség javító töltőanyagokkal [3, 4].
Az elmúlt években egyre intenzívebb a 3D nyomtatással feldolgozható vezetőképes kompozitok kutatása. Leggyakrabban szenzorokat és áramköröket készítenek ilyen módon. Kutatásom az elektromosan vezetőképes polimer kompozitokból nyomtatott nyúlásmérő szenzorokat vizsgálja. A vezetőképes kompozitokból készített szenzorok működése a deformáció során változó ellenálláson alapszik. Ez úgy történik, hogy a deformáció hatására a mátrix anyagban található vezetőképes töltőanyag részecskék távolsága változik, ennek során pedig az anyagon mért ellenállás is változni fog. A szenzorokat FFF technológiával különböző anyagú szakítópróbatestekre nyomtattam rá. Az ehhez választott anyag TPU alapú vezetőképes kompozit, melyből két fajta szenzor geometriát is nyomtattam és összehasonlítottam azok viselkedését. A kísérletek során bizonyítottam, hogy 3D nyomtatással létre lehet hozni a termék felületén deformációmérésre alkalmas szenzorokat.
Irodalom:
1. Min-Yang Li: Analysis of variance on thickness and electrical conductivity measurements of carbon nanotube thin films. IOP Publishing, 27, (2016).
2. Vladan Koncar: Smart textiles for monitoring and measurement applications. in ‘Smart Textiles for In Situ Monitoring of Composites’ (szerk.: Vladan Koncar) Woodhead Publishing, Sawston, Egyesült Királyság, 1-151 (2019).
3. O. Diegel: 10.02 – Additive Manufacturing: An Overview. in ‘Comprehensive Materials Processing’ (szerk.: Saleem Hashmi, Gilmar Ferreira Batalha, Chester J. Van Tyne, Bekir Yilbas) Elsevier Inc. Amsterdam, Holandia, 3-18 (2014).
4. S. H. Masood: Advances in Fused Deposition Modeling. in ‘Comprehensive Materials Processing’ (szerk.: Saleem Hashmi, Gilmar Ferreira Batalha, Chester J. Van Tyne, Bekir Yilbas) Elsevier Inc. Amsterdam, Holandia, 69-91 (2014).
szerző
-
Győry Tamás
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Suplicz András
docens, Polimertechnika Tanszék
