Volta - исследование электрофизических характеристик.

Подписаться на 3Dtoday
shusy
Идет загрузка
Загрузка
04.06.18
1714
27
печатает на Wanhao Duplicator i3 Plus
Расходные материалы
19
Статья относится к принтерам:
Wanhao Duplicator i3 Plus
Как-то во время обсуждения нового пластика Total от Filamentarno! всплыла фраза о возможных электрофизических характеристиках пластиков. Для анализа был предложен пробник нового пластика Volta.

Ниже представлены результаты экспериментального изучения поведения электрофизических характеристик пластика Volta от частоты. Измерение частотных зависимостей импеданса проводилось на анализаторе спектров Agilent E5061B в диапазоне частот от 1кГц до 100MГц, методом измерения полного комплексного сопротивления Z = Z′−iZ′′ измерительной ячейки, выполненной в виде плоского конденсатора. Ячейка представляла собой металлизированную с двух сторон пластину диаметром около 12 мм, толщиной 1 мм заполненного пластиной из пластика. Образцы были напечатаны соплом 0.6 мм, 2 периметра, 2 слоев толщиной 0.2мм. Количество верхних и нижних завершающих слоев 0. Разница определялась паттерном 100% заполнения.
В измерениях были использованы пластины двух видов:
1) Заполнение линейной перпендикулярной сеткой (фото с двух сторон). Диаметр 12.5 мм, толщина после шлифовки 1.05 мм
18806f7f1693ee9dfc1ef5c4e7833666.jpg
2) Заполнение выполнено в виде спирали (фото с двух сторон). Нанесение слоев совпадает по всей толщине детали. Диаметр 12.6 мм, толщина после шлифовки 1.09 мм
2f32bd46f3ed1db407ec1e921af1ca6a.jpg
На фото видны остатки индиевых обкладок в виде белых блестящих областей и точек.

Ниже на рисунках представлены результаты слева для образца конфигурации 1, справа для образца 2. Частоты f даны в Гц, сопротивления в Ом.

Частотная зависимость действительной части импеданса Z′ — верхняя кривая, а мнимая часть Z′′ — нижняя кривая. Хорошо просматривается четко выраженное снижении действительной части на частотах выше 1 МГц, тогда как мнимая часть до частот 100 кГц практически отсутствует имеет не ярко выраженный максимум на частоте 10 МГц.
a5fcbfd98d0b8073ad10903177c72adb.jpg
Факт уменьшения вклада проводимости в процессе диэлектрической поляризации пластика на высоких частотах подтверждает частотная зависимость тангенса угла диэлектрических потерь tg δ( f ), который определяется как отношение
действительной компоненты импеданса Z′ = |Z| cos ϕ к его мнимой компоненте Z′′ = −|Z| sin ϕ
296e7f62b7dab736f04c89a375cb29be.jpg
На рисунке ниже представлены частотные зависимости модуля импеданса |Z|( f ) в емкостной измерительной ячейке с исследуемым пластиком, имеющей электроды из индия. Зависимости сняты при температуре t = 22◦C.
8445aee587b464dcdd90dc3425d8f7f6.jpg
Частотные зависимости емкости.
fa9676d0563b3a1ea973c8335d49e485.jpg
Частотные зависимости действительных и мнимых компонент диэлектрической проницаемости рассчитанных из спектров импеданса, снятых при температуре t = 22◦C.
0dd150f04f9d3f871cca244ce334bed2.jpg
Далее представлены частотные зависимости сопротивления электрической модели R(t).
45715d699ddc8e8960d5f38f5fc8257b.jpg
Частотные зависимости действительных и мнимых компонент удельной проводимости, рассчитанные из спектров импеданса, снятых при температуре t = 22◦C.
84f0f69c9faf3d08723a5c451b056886.jpg
Для интерпретации электрофизических процессов, происходящих в исследуемом материале в переменном электрическом поле, удобно анализировать измеренные спектры импеданса, изобразив их в виде диаграммы Коул-Коула, представляющей собой зависимость мнимой компоненты импеданса Z′′ от его действительной компоненты Z′. Такой вид диаграммы свидетельствует о существовании в материале только одного механизма проводимости и одного времени релаксации. Для Volta диаграмма Коул-Коула выглядит так.
6c342b95ffd36a35e763faf73760a30a.jpg
Для справки: диаграмма КоулКоула – это представление диэлектрической дисперсии в виде графика зависимости мнимой составляющей комплексной диэлектрической проницаемости от действительной при различных частотах. При одном времени релаксации геометрическое место точек ɛ", ɛ ' для различных частот, представляет собой полуокружность, центр которой лежит на действительной оси в точке с координатой ɛ' = (ɛс+ ɛ∞)/2. При наличии диполей с распределенными временами релаксации зависимость ɛ" от ɛ' для различных частот, изображается дугой окружности с центром, лежащим ниже оси ɛ'. Угол, образуемый осью ' и прямой, соединяющей точку ɛ' = ɛ∞ и центр окружности, равен a π/2 и характеризует, таким образом, интервал распределения времен релаксации.
7ca9be042f7fa77b00eb73403a421f82.jpg

Выводы

Анализируя приведенные графики, очевиден вывод, что на частотах ниже 1МГц характеристики пластика не зависят от частоты, а вот выше наблюдается очень интересная и перспективная в плане практических приложений, частотная дисперсия свойств.

С одной стороны, как и следовало ожидать, качественное частотное поведение характеристики не зависит от паттерна заполнения, т.е. кривые для заполнения сеткой и спиралью ведут себя одинаково. Однако при внимательном рассмотрении можно увидеть минимальные количественные различия. Это означает, что меняя паттерн заполнения в небольших пределах возможна небольшая вариация характеристик в нужную сторону.

В общем пластик получился очень интересным и перспективным в плане различных высокочастотных приложений.
Подписаться на 3Dtoday
19
Комментарии к статье

Комментарии

04.06.18 в 18:40
6
Ничего не понял.
Но за старания плюс!
04.06.18 в 19:03
1
Ничего не понял.
Жаль. Хотя согласен, это в общем-то инжинерная физика, не в каждом вузе и не на каждом факультете ее преподают. Многим она не нужна. Для домашнего применения, согласен, тоже не применима. Негде применять, просто. Это пост скорее для узкого круга специалистов с данными для промышленного и инжинерного применения. Если расписывать подробно, что да как и для чего, то придется скопировать половину учебника по электродинамике.
Но за старания плюс!
Спасибо!
04.06.18 в 19:31
1
Для широкого круга читателей, укажите "бытовую сферу применения". Так будет понятнее, что к примеру я смогу напечатать? Вот есть задача. Возможно вы встречали когда дорожки выполнены не медью, а графитовым составом. В частности в ДУ пульах телеков, такое часто используют. Могу ли я используя этот пластик, что-то аналогичное сделать?
Спасибо
04.06.18 в 19:58
1
графитовым составом.
У него меньше сопротивление

Пластик проводящий, дорожки напечатать сможете, но они точно будут хуже медных и вообще металических. Сопротивление у пластика достаточно большое. С адгезией на плату, тоже не все хорошо. Сразу конечно не отпадет, но механически содрать будет не сложно. Если посмотреть историю сайта, то уже были частично проводящие пластики. Этот с одной стороны луче тем, что у него сопротивление существенно меньше, предыдущих, с другой стороны есть нелинейные свойства на высоких частоах. Но как я уже говорил, высокие частоты - больше 1 МГц это не бытовая сфера применения. Разве что антенну для Wi-Fi напечатать.
В частности в ДУ пульах телеков, такое часто используют.
Дорожки, где нужна проводимость без больших токов можно напечатать. Сделать разводку в массиве пластиовой детали тоже, можно.
05.06.18 в 00:07
1
Спасибо. Я занимаюсь ремонтом техники. Часто приносят "радио трубки" у них как раз контакты кнопок выполнены графитом. Частая болезнь кнопки нажимаются, а срабатывания нет. Вот пользователи так их уродуют, что умудляются убить кнопку и контакты на плате. Для восстановления пробовал разные способы, НО все трудоемки, и проще клиенту отказать. С приобщением к 3Д сообществу, меня регулярно посещала мысль о подобном пластике.
05.06.18 в 03:39
1
Инженер - первое слово, которое обучают писать правильно в институте.
Поскольку оно у вас написано неправильно во всех применениях, то это явно не очепятка.
Следовательно возникают сомнения в вашем образовании.
05.06.18 в 07:12
1
это явно не очепятка
не опечатка, факт.
возникают сомнения в вашем образовании.
Сомневаться, это свойство человеческой натуры. И это правильно. Только вот, все что опубликовано на этом сайте всем сообществом не подтверждает и не отрицает уровень образования писавших. Более того, вся информация носит чисто справочный характер, и верить ей можно только на свой страх и риск, поскольку она вся недостоверная, в том смысле, что авторы пишут свое мнение, которое может быть верным а может нет, как и везде в сети. Я нигде и не писал, что я инжинер, поэтому ваши сомнения в моем инженерном образовании верны на все 100%.
первое слово, которое обучают писать правильно
мы все учились понемногу чему-нибудь и как-нибудь.
22.09.18 в 21:57
0
Для меня для "Инженер" - проверочное слово Engine, тобишь двигатель.
И вот представьте насколько нужно изуродовать слово, чтоб все "И" поменялись местами с "Е".
У меня всегда напрашивается "И" после "Ж" - как звучит в английсков варианте - ЭнджИнир
А правописное "исполнение" каждый раз как серпом по яйц@м - и что я с того менее Инженер или наоборот более раз докопался до первоисточника, а не довольствуюсь "перевравшими"?
05.06.18 в 04:56
2
9893f3ed624354061e6641c1d2a4afbe.png
04.06.18 в 21:28
1
исходя из потенциальной сферы применения народу интересны совсем другие характеристики, не частотные (все понимают, что как проводник этот пластик помёт и применять его как проводник широко не будет). Даже не столько характеристики, сколько их стабильность после 10000-1000000 циклов.
1) механические (сжатие - растяжение - изгиб с проверкой сопротивления)
2) температурные (циклы нагрева - остывания с проверкой прочности и сопротивления)
05.06.18 в 07:03
1
Нужны такие характеристики, никто не возражает. Согласен, что нужно измерять, но сразу и все измерить невозможно. Надо же с чего-то начинать. Я начал с того, что было интересно и нужно мне, и поделился результатами с сообществом. Кто-то ещё получит другой набор характеристик, и надеюсь, тоже поделится с сообществом. В конце концов соберем полную картину.
05.06.18 в 04:32
0
Интересно. Но в идеале - Flex'o-подобный пластик с теми же характеристиками нам нужен.
05.06.18 в 10:15
0
Простой вопрос для практического применения.
Насколько эфективен этот пластик для изготовления экранирующих корпусов?
05.06.18 в 10:54
2
Напечатаная сетка в один слой, одним периметром с шагом несколько миллиметров поглощает 3dB (уменьшает в два раза).
05.06.18 в 14:32
1
Вот это уже интересная инфа )
05.06.18 в 16:15
0
А отражение по частотам как проверить (узнать)?
05.06.18 в 10:57
0
Меня больше всего интересует возможность применения пластика для формирования небольших подогреваемых платформ, разной формы. Насколько пластик эффективен в этой сфере, особенно с сравнении с аналогами. Понимаю, что до больших температур его не нагреть, но 50 градусов уже найдет себе применение.
05.06.18 в 11:11
0
Сопротивление у него есть, значит должен греться.
05.06.18 в 11:26
0
Спасибо конечно, но это итак понятно. Просто если делать пост для широкой публики можно было бы сравнить его характеристики после n циклов нагрева-охлаждения, характеристики пластика при разных температурах, расширение, эффективность (скорость) нагрева, теплоемкость, потребление тока на разных платформах разных форм и т.д.
05.06.18 в 13:54
3
делать пост для широкой публики можно было бы
Можно было бы.
сравнить его характеристики
Я выполнил измерения частотных характеристик пластика, про это и написал. Уверен, что если бы я сделал температурные измерения, то нашелся бы читатель, который сказал, что частотные измерения были бы интересны широкой публике. Каждый под словом "широкая публика" подразумевает свои собственные интересы. Парой комментариев выше "широкой публике" было интересны механические свойства (сжатие - растяжение - изгиб с проверкой сопротивления).

Давайте обсуждать то что было сделано , или хотя бы близкие вещи. Я не измерял температурных зависимостей, не делал циклов нагрева и охлаждения. И ничего про них сказать не смогу. Если ваши задачи требуют подобных процессов, сделайте тесты, с удовольствием их обсудим.
05.06.18 в 12:12
1
В своё время на предприятии из ABS был напечатан терминальный блок для теста на собираемость. Потом решили провести с ним тест на прочность изоляции (не ждать отлитого прототипа). И вот тут ждал неожиданный сюрприз: жуткие токи утечек. Пробовали сушить. Тот же результат. Потом оказалось, что модель на капилярном уровне активно вбирает в себя влагу на поверхности между слоями. Ставишь щупы мультиметрв в канавку между слоями, вроде бы мегаомы, ничего не показывает. Дунул на поверхность, и сопротивление падает до сотен кОм (расстояние между щупами больше 10 см). Если щупы в разных канавках, даже если в соседних, такого не наблюдалось. На тот момент про ацетоновую баню не слышал, поэтому не знаю, помогает её сглаживание или нет на токи утечек. Написал, чтобы кто собрался изолятор на высокое напряжение делать, держал эту особенность в голове.
05.06.18 в 17:21
1
для пропажи фефекта наверное можно было бы прост фрезернуть или ошкурить. Давленный край весь в трещинках, да.
05.06.18 в 20:05
0
Печать проводилась на дорогущем американце, к качеству печати никаких претензий, ни расслоений, ни трещин. Запишу задачку себе в дневник, как нибудь проведу эксперименты, будет чем поделится - выложу.
05.06.18 в 14:44
1
Поразительно, как требовательны к автору некоторые читатели... И это он не исследовал, и тут не для масс, а там вообще буква не та! =))
Однако, чтобы подчеркнуть разницу между умными советами и реальным делом, а также, чтобы выразить нашу благодарность Александру за проделанную работу, мы дарим ему катушку серийного композита VOLTA. Спасибо!

К статье добавлю лишь одно: был исследован пробник из первой еще предпродажной серии композита. Его сопротивление было примерно в 2 раза выше, чем у серийного материала, который будет доступен в продаже уже на этой неделе.
05.06.18 в 14:48
2
Спасибо за поддержку. И отдельное СПАСИБО за катушку. Надеюсь, что получится развернутся и написать еще пару тестов про него.
07.06.18 в 17:07
0
shusy, спасибо за статью!
Приедет пробник, опробую его для применения в звуковом диапазоне, т.е в области ниже 100кГц, в качестве электрода ёмкостного датчика. Интересно, как он склеится с АБС.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Airbus Helicopters разворачивает серийное аддитивное производство авиационных деталей

Форум-выставка «Будущее где-то рядом!» в «Умном городе»

Прошивка Marlin 1.1.9 на Wanhao Duplicator i3 2.1

Светильник Джека

Максимальная эффективность поста. Победа в месячном рейтинге в цифрах.

Семинар "Быстрый старт" в офисе компании iGo3D Russia