Applicazioni di ingegneria civile: imballaggi di stampa 3D di ricercatori per sensori a fibre ottiche
In un mondo frenetico pieno di tecnologia in continua espansione, c’è molto da fare dietro le quinte, nell’aria e nel sottosuolo, a cui non pensiamo nemmeno. Le fibre ottiche sono un ottimo esempio di ciò, fornendo informazioni, intrattenimento, sistemi di monitoraggio e molto altro. Ricercatori dal Regno Unito e dall’India sono interessati a come la stampa 3D può migliorare le prestazioni delle fibre ottiche, delineando le loro scoperte in ” Incapsulamento di sensori a fibra ottica in pacchetti stampati 3D per l’uso in applicazioni di ingegneria civile: uno studio preliminare “.
Scritto da Richard Scott, Miodrag Vidakovic, Sanjay Chikermane, Brett McKinley, Tong Sun, Pradipta Banerji e Kenneth Grattan, il documento pubblicato di recente ci offre ulteriori informazioni sulla progressione della tecnologia a fibra ottica in relazione alla continua necessità di poter installare sensori in materiali come il cemento: un materiale che pone sfide (per un’installazione di sensori rigorosa) a causa della sua elevata alcalinità.
Le installazioni di sensori oggi possono essere complesse e cost-proibitive (in alcuni casi, un sensore può costare fino a $ 300), lasciando l’industria aperta alle alternative e motivando gli autori a sviluppare packaging per sensori in fibra che non solo è esponenzialmente più economico ma anche robusto e affidabile. Sono entrati in questo progetto di ricerca cercando di creare packaging con le seguenti caratteristiche:
Alta qualità
Misure ripetibili
Facilità nel montaggio superficiale
Durata per sopportare ambienti difficili
Prima di progettare il loro nuovo prodotto, i ricercatori hanno esaminato gli attuali vantaggi dei sensori Fibre Bragg Grating (FBG), che sono stati molto popolari tra gli ingegneri civili. Hanno scoperto che i problemi attuali con gli FBG sono uno, che sono estremamente delicati, e due, devono essere “incapsulati” in un imballaggio che possa scongiurare non solo i rigori ambientali, ma anche l’uso pesante.
I ricercatori hanno utilizzato SolidWorks per la progettazione 3D dei nuovi pacchetti di sensori, quindi li hanno stampati in 3D su una stampante 3D Formlabs 1+ . Ciò che rende questi dispositivi ancora più unici e interessanti per le applicazioni industriali è che possono essere altamente personalizzati, rispetto ai materiali tradizionali.
“Dal momento che gli ersgs confezionati sono specificamente progettati per il montaggio su superficie e l’inserimento in strutture in calcestruzzo (senza necessità di connessioni bullonate), è sembrato ragionevole, per questo esercizio, produrre il nuovo pacchetto di sensori basati su FBG per avere dimensioni e caratteristiche di superficie simili per facili confronti da fare. Questo dimostra la versatilità dell’approccio utilizzato. Tuttavia, in altre applicazioni il pacchetto del sensore potrebbe essere progettato per essere completamente diverso da quello in cui vengono utilizzati gli esrgs, essere più leggeri e più compatti o contenere un numero maggiore di sensori “, affermano i ricercatori.
“Negli ultimi anni ci sono stati notevoli progressi nell’uso delle tecniche di stampa 3D, con l’hardware e il software che diventano molto più accessibili e questo costituisce la base del sensore a basso costo discusso”.
I test sul campo dei sensori confezionati sono stati positivi, sebbene la sensibilità dei sensori basati su FBG sia stata considerata significativamente inferiore a quella di quelli lasciati a nudo. Gli autori hanno trovato questo incoraggiante ancora perché significa che i loro sensori preconfezionati stampati 3D potrebbero essere utilizzati per “tutti tranne i più sensibili delle misurazioni desiderate”.
Banco di prova utilizzato in questo lavoro per la valutazione dei sensori confezionati sviluppati.
Durante la loro ricerca, tuttavia, gli autori hanno realizzato che invece di usare materiali come la resina, il polietere etere chetone (PEEK) o la ceramica potrebbero rivelarsi più adatti per l’imballaggio dei sensori, sebbene l’accessibilità e la facilità di produzione offerte dalla stampa 3D (fuori dalla resina standard) ) sono difficili da battere. La larghezza della confezione era leggermente problematica, lasciando ai ricercatori la possibilità di valutare come ridurre lo spessore. Alla fine, sono stati contenti dei risultati delle loro ricerche, anche se in attesa di testare ulteriormente i loro prodotti in applicazioni di ingegneria civile più realistiche.
I sensori utilizzati sono stati “imballati in modo efficace (incapsulati)” con i materiali scelti, sono convenienti ed efficaci, lasciando ai ricercatori la conclusione:
“I test di laboratorio dimostrativi hanno dimostrato il potenziale dei sensori preconfigurati per la misurazione della deformazione nelle applicazioni di ingegneria civile”.
Decenni fa, la stampa 3D è stata creata da un ingegnere , per ingegneri. E mentre un numero infinito di utenti e altri tipi di utenti possono trarre vantaggio dalla tecnologia, questo è uno strumento estremamente utile per la creazione di prototipi e dispositivi funzionali in campi come l’ingegneria civile dove si stanno evolvendo così tante nuove applicazioni strutturali , con eccitanti progressi in casa residenziale costruzione , diversi tipi di infrastrutture come ponti e persino pavimentazione stradale .
