Gerinim sensörünün eklemeli imalat yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Sanal gerçeklik ve robotikle ilgili teknolojiler ilerledikçe, bu sistemleri güçlendirmek için daha iyi sensör teknolojilerine ihtiyaç duyulmaktadır. Özellikle, sistemlerin çoğu, yüksek miktarda hareketliliği ve esnekliği korurken insan vücudu veya çevreyle etkileşime girmelidir. Bu durum, esnek elektronik cihazlara, özellikle de esnek gerinim sensörlerine olan talebi ortaya çıkardı. Bu tez çalışması, esnek tek eksenli gerinim sensörü geliştirmek için basit ve uygun maliyetli bir yöntem olan eklemeli imalat (Eİ) teknolojisinin fizibilitesini araştırmaktadır. Eİ, tasarımların nispeten düşük maliyetle hızlı bir şekilde üretilmesini ve prototipleşmesini sağlar. Gerinim sensörün esnek olan alt katmanını üretmek için Eİ yöntemlerinden biri olan eriyik yığma modelleme (EYM) teknolojisi kullanılmıştır. Sensörün üst katmanına ise iletken gümüş malzeme enjekte edilmiştir. Gerinim sensörü, yaklaşık 20 mm x 60 mm ölçülerinde üretilmiştir. Sensörün kalınlığı ise 2 mm dir. Bu aşamadan sonra sensörün hassasiyeti deneysel verilerden gösterge faktörü hesaplanarak tespit edilmiştir. Sonuçlar, sensörün yüksek doğrusallık ve az histerezis performansı sergilediğini göstermiştir. Ayrıca, uygulanan kuvvete karşı gerinim sensörünün yer değiştirme miktarları gözlemlenmiştir. Son olarak, akma durumunda sensörün uzamasını incelemek için çekme testleri yapılmıştır. Gerçek zamanlı deneylerin doğruluğunu ispatlamak için gerinim sensörün sonlu elemanlar analizi COMSOL programıyla gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, COMSOL yazılımı, gerinim sensörün gerilme dağılımını ve uzama miktarını modellemek için kullanılmıştır. Sensörün deneysel sonuçlarının simülasyon sonuçlarıyla iyi bir uyum içinde olduğu tespit edilmiştir. Sonuçlar, stres birikiminin ve kalıcı deformasyonun EYM ile üretilen sensörlerin işlevselliğini belirlemede önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Bu tez çalışmasının sonuçları eklemeli üretimin çok çeşitli uygulamalar için karmaşık tasarımlar ve sensör platformları üretme potansiyelini göstermektedir.

As virtual reality and robotics-related technologies advance, better sensor technology is needed to power these systems. In particular, most systems must interact with the human body or the environment while maintaining a high amount of mobility and flexibility. This has created a demand for flexible electronic devices, especially flexible strain sensors. This thesis study investigates the feasibility of additive manufacturing (AM) technology, which is a simple and cost-effective method to develop a flexible single-axis strain sensor. AM enables rapid production and prototyping of designs at relatively low cost. Fused deposition modeling (FDM) technology, one of the AM methods, was used to produce the flexible substrate of the strain sensor. Conductive silver material is injected into the upper layer of the sensor. The strain sensor is fabricated to approximately 20 mm x 60 mm. The thickness of the sensor is 2 mm. After this stage, the sensitivity of the sensor was determined by calculating the indicator factor from the experimental data. The results showed that the sensor exhibited high linearity and low hysteresis performance. Additionally, the displacement amounts of the strain sensor against the applied force were observed. Finally, tensile tests were performed to examine the elongation of the sensor in yielding. To prove the accuracy of real-time experiments, finite element analysis of the strain sensor was performed with the COMSOL program. COMSOL was also used to model the stress distribution and strain of the strain sensor. It has been found that the experimental results of the sensor are in good agreement with the simulation results. The results show that stress accumulation and permanent deformation play an important role in determining the functionality of FDM-fabricated sensors. The results of this thesis study demonstrate the potential of additive manufacturing to produce complex designs and sensor platforms for a wide variety of applications.