3D-geprinte roterende systemen kunnen nu voelen hoe ze bewegen (video)

Geplaatst door Maartje Henket

Een nieuw systeem stelt makers in staat om sensoren in tandwielen en andere rotatiemechanismen op te nemen in slechts één enkele 3D-printgang.

Het is nog steeds notoir moeilijk om sensoren in 3D-prints te integreren. Vanwege de complexiteit van de roterende delen worden sensoren meestal handmatig ingebed, nadat de print al geproduceerd.

Handmatige integratie van sensoren is echter niet gemakkelijk. Draden kunnen verstrikt raken in de roterende delen of de rotaties belemmeren. En externe sensoren vergroten de omvang van een mechanisme kunnen de beweging ervan beperken.

Het nieuwe systeem MechSense, dat MIT-onderzoekers hebben ontwikkeld, stelt makers in staat om 3D-sensoren rechtstreeks in de bewegende delen van een mechanisme te printen met behulp van geleidend 3D-printfilament en een multi-materiaal 3D-printer. Dit geeft apparaten de mogelijkheid om hun hoekpositie, rotatiesnelheid en draairichting waar te nemen.

Om het fabricageproces te stroomlijnen, bouwden de onderzoekers een plug-in voor de computerondersteunde ontwerpsoftware SolidWorks die automatisch sensoren integreert in een model van het mechanisme, dat vervolgens rechtstreeks naar de 3D-printer kan worden gestuurd voor fabricage.

Om te voorkomen dat de beweging van het apparaat wordt verstoord, maakten de onderzoekers gebruik van capacitieve detectie.

Een condensator bestaat uit twee platen geleidend materiaal met daartussen een isolatiemateriaal. Als het overlappende gebied of de afstand tussen de geleidende platen wordt gewijzigd, bijvoorbeeld door het mechanisme te draaien, kan een capacitieve sensor de resulterende veranderingen in het elektrische veld tussen de platen detecteren. Die informatie kan dan worden gebruikt om bijvoorbeeld de snelheid te berekenen.

“Bij capacitieve detectie hoef je niet per se contact te hebben tussen de twee tegenover elkaar liggende geleidende platen om veranderingen in die specifieke sensor te volgen. Daar hebben we gebruik van gemaakt voor ons sensorontwerp”, zegt hoofdauteur Marwa AlAlawi.

Rotatiemechanismen bestaan meestal uit een roterend element dat zich boven, onder of naast een stationair element bevindt, zoals een tandwiel dat ronddraait op een statische as boven een plat oppervlak.

De MechSense-sensor bevat drie patches gemaakt van geleidend materiaal die in de stationaire plaat zijn gedrukt, waarbij elke patch is gescheiden van zijn buren door niet-geleidend materiaal. Een vierde stuk geleidend materiaal, dat hetzelfde oppervlak heeft als de andere drie stukken, wordt in de roterende plaat geprint.

Terwijl het apparaat draait, detecteert elke patch de resulterende verandering in capaciteit.

De zwevende condensator is niet aangesloten op een circuit, dus draden raken niet verstrikt in roterende componenten. De stationaire patches zijn daarentegen aangesloten op elektronica die software gebruikt die de onderzoekers hebben ontwikkeld om onbewerkte sensorgegevens om te zetten in schattingen van de hoekpositie, draairichting en rotatiesnelheid.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *