Literature Review: Open Source Mechanical Tester/ko

▼웨스턴 대학교의 자유적절지수기술(FAST) 연구 그룹

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▼이 페이지는 문헌 검토 페이지입니다 . 자유롭게 이 페이지를 편집 하고 출처와 요약을 추가하세요.

독자를 위한 참고 사항

이 페이지는 현재 작업 진행 중입니다. 본 리뷰에서는 공식적으로 공개된 오픈 소스 기계 시험기 프로젝트와 공식적인 동료 검토 없이 온라인에 게시된 프로젝트를 모두 다룹니다.

배경

검색 전략 및 용어

핵심어(KWT)

1. "오픈 소스" 또는 "오픈 소스"
2. "기계적 테스트"
3. 인장 시험
4. "재료 시험"
5. "응력-변형률"

전략

1. KWT1과 KWT2-KWT5의 다양한 조합을 사용하여 Google Scholar, Scopus 및 Web of Science에서 검색을 수행했습니다.
2. 공식적으로 공개되지 않은 오픈 소스 디자인을 찾기 위해 일반 구글 검색과 유튜브에서 유사한 검색을 수행했습니다.

기계식 시험기란 무엇인가요?

기계식 시험기라는 용어는 재료 과학에서 재료 시료의 물리적 특성을 측정하거나 거동을 분석하는 데 사용되는 다양한 장치를 지칭합니다. 본 리뷰에서는 인장 및 압축 시험이 가능한 오픈 소스 장치에 초점을 맞춥니다. 이러한 시험에서는 재료가 파괴될 때까지 늘리거나 압축하면서 발생하는 힘과 변형률을 측정합니다. 이러한 시험이 가능한 장치는 일반적으로 만능 기계식 시험기라고 합니다. 포함된 모든 문헌에는 전기 및 기계 제작 분야에서 초급에서 중급 수준의 경험을 가진 사용자도 장치를 복제할 수 있도록 충분한 오픈 소스 문서와 소프트웨어가 포함되어 있습니다.

이론적 틀

기계식 시험기는 거의 항상 능동적이고 파괴적인 방식을 사용합니다. 수동적으로 측정하는 대신, 장치가 힘이나 자극을 가하고 그 반응을 측정합니다. 또한, 시험 대상 시료는 이 과정에서 영구적으로 변형됩니다. 기계식 시험기에는 액추에이터와 센서가 모두 필요합니다. 만능 시험기에서 액추에이터는 시험 시료를 늘리거나 압축해야 합니다. 고급 상용 장비에서는 유압 장치를 사용하는 경우가 많지만, 저가형 장비는 대부분 전기 모터를 사용합니다. 또한, 센서는 재료의 응력과 변형률을 측정해야 합니다. 핵심 기능은 단순해 보이지만, 설계 과정에서는 상당한 어려움이 발생합니다. 정확한 결과를 얻으려면 이러한 장비는 극한의 힘이 작용하는 환경에서도 매우 높은 정밀도와 높은 샘플링 주파수를 요구합니다.

중요성과 의미

기계적 시험은 제조 및 연구 분야 모두에서 매우 중요합니다. 이러한 장비는 주로 순수 재료 시료의 물성을 시험하는 데 사용되지만, 목발, 휠체어 또는 무거운 하중을 지탱하는 프레임이 있는 모든 장치와 같은 기기의 작동 한계를 시험하는 데에도 적용할 수 있습니다. 기계적 시험기는 재료 과학 및 공학 연구자들에게 의미 있는 정보를 제공합니다. 이러한 시험은 영률, 강성, 경도 및 극한 인장 강도와 같은 재료 물성을 정량화하는 가장 정확하고 종종 유일한 방법입니다.

최신 기술 현황

파괴적 기계적 시험은 1800년대부터 재료의 물성을 측정하는 표준 방법으로 사용되어 왔습니다. 역사 전반에 걸쳐 기본 원리는 동일하게 유지되었지만, 시험 장비의 정밀도와 센서의 품질은 크게 향상되었습니다. 현재 재료 시험은 ASTM, ISO, Euronorm과 같은 다양한 기관에서 표준화되어 있습니다. 이러한 기관들은 재료 시험의 반복성과 과학적 정확성을 보장하지만, 이러한 표준을 준수하려면 고가의 상용 장비를 사용해야 하는 경우가 많습니다. 최근 3D 프린팅 기술의 대중화와 접근성 향상은 취미 활동가들에게 향상된 측정 수단을 제공하고, 동시에 DIY 시험 장비를 제작하고자 하는 욕구를 불러일으켰습니다.

관련 이해관계자

오픈 소스 기계적 테스트의 발전은 값비싼 산업용 장비를 사용할 수 없는 제조 또는 개발 분야 종사자 모두에게 유용합니다. 연구원, 스타트업, 중소기업은 물론 취미 활동가까지 포함하여 3D 프린팅 필라멘트 테스트부터 새로운 장치의 작동 등급 확인에 이르기까지 다양한 분야에서 활용할 수 있습니다.

적용 가능성 및 맥락

오픈 소스 테스트 장치는 과학계에서 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 재료 과학 분야의 재정적 접근성을 높여줍니다. 또한 산업계에서도 활용 가능하며, 제조 비용을 절감하고 효율성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

문헌

TODO

• 변형률 측정을 위한 오픈소스 컴퓨터 비전 방법을 검토하십시오.
• 충격 시험 및 경도 시험과 같은 다른 형태의 기계적 시험.

출판물

FreeLoader: 고처리량 실험을 위한 오픈 소스 범용 테스트 머신 ^{[ 1 ]}

요약: 본 논문에서는 저렴한 비용으로 대량의 재료 시험을 수행할 수 있도록 설계된 저비용의 데스크톱 크기 오픈 소스 범용 시험기를 소개합니다. 이 시험기는 2mm/min에서 30mm/min의 속도로 최대 5kN의 인장 및 압축 하중을 가할 수 있으며, ±1.8N의 정확도로 힘을 측정할 수 있습니다. 본 시험기의 부품 목록은 상용 시스템에 비해 시험 단위당 비용을 10분의 1 수준으로 절감합니다. 시험기의 설계 및 제작 과정을 설명하고 성능을 검증합니다. 설계, 부품 목록, 제어 소프트웨어 및 사용자 설명서는 오픈 소스 BSD 라이선스에 따라 온라인에서 무료로 제공됩니다.

• 약 0.5m의 테스트 범위
• 4000달러
• 위치 측정의 해상도는 0.0005mm이고 오차는 ±1mm/min였습니다.
• 힘 측정값의 정확도는 ±1.8N이었습니다.
• 상용 MTS 858 Mini Bionix와의 비교 테스트를 통해 유효성이 검증되었습니다.

경제적인 아두이노 기반 단축 인장 시험기 제작 ^{[ 2 ]}

요약: 연성 재료의 기계적 특성은 포장에서부터 생의학 분야에 이르기까지 광범위한 응용 분야에서 매우 중요합니다. 본 연구에서는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 재료와 오픈 소스 소프트웨어를 사용하여 총 100달러 미만의 비용으로 간단한 기계적 시험 장치를 제작했습니다. 이 장치는 서랍 슬라이드를 통해 중앙 하중 장치를 지지하는 나무 프레임으로 구성됩니다. 기계적 시험을 수행하기 위해, 시편은 프레임 바닥의 브래킷과 로드셀에 고정된 두 개의 맞춤 제작된 3D 프린팅 클램프 사이에 고정됩니다. 사용자는 로프를 당겨 중앙 하중 장치를 위로 움직여 시편을 늘리는 방식으로 인장력을 가하고, 이때 로드셀로 측정되는 힘과 초음파 센서로 측정되는 변위를 기록합니다. 로드셀과 초음파 센서는 USB 포트를 통해 노트북에 연결된 아두이노 마이크로컨트롤러에 연결되어 데이터 수집 및 분석을 수행합니다. 이 장치는 조립이 간편하여 학생들이 인장 시험의 의미를 더 잘 이해하고 전자공학, 컴퓨터 프로그래밍 및 기계 설계에 대한 실험을 촉진할 수 있도록 합니다. 저렴한 비용과 사용 편의성 덕분에 이 아두이노 기반 단축 인장 시험기는 다양한 분야의 학생들에게 기계적 성질을 비롯한 여러 개념을 소개하는 데 이상적인 장치가 될 수 있습니다.

• 최대 5kg의 힘
• 연질 재료 테스트용으로 설계되었습니다.

범용 테스트 장비의 개발, 검증 및 구현 ^{[ 3 ]}

요약: 본 논문은 만능 시험기의 용도, 사용 방법 및 이유, 기존 만능 시험기 설계의 대안, 그리고 그 제작 방법에 대한 기초를 다룹니다. 본 논문의 주요 목표는 비용 효율적이고 모듈식으로 설계되어 최대 10kN의 하중을 견딜 수 있는 고분자 재료용 만능 시험기를 제작하는 것입니다. 운영 체제와 전자 부품은 오픈 소스로 제공되어 향후 개발 및 압축 시험에 활용될 수 있습니다. 인장 시험을 통해 재료의 기계적 특성을 측정할 수 있으며, 인장 강도, 항복 강도, 탄성 계수, 연성, 복원력 및 인성을 얻을 수 있습니다. 본 논문에서는 응력-변형률 곡선 계산 및 플로팅을 위한 실시간 이미지 처리 기술을 다룹니다. 또한, 새로운 시험기를 사용하여 수행된 시험 결과를 제어, 분석 및 종합하기 위해 MATLAB 사용자 인터페이스를 활용한 오픈 소스 코드 구현에 대해서도 설명합니다. 이러한 결과는 표준 만능 시험기에서 얻은 값과 비교하여 검증되었습니다. 이 기계는 모듈식이므로 필요에 따라 더 나은 부품으로 교체할 수 있어 향후 손쉬운 업그레이드가 가능합니다.

• 1.3m 프레임
• 컴퓨터 비전을 이용한 변형률 측정, 전체 길이의 1% 해상도
• 스트레스 측정 결과는 산업용 시험기와 2%의 차이를 보였습니다.
• ASTM 표준에 따라 테스트한 PLA 샘플을 Zwick/Roell UTM과 비교하여 검증했습니다.

Universal Desenvolvimento de Máquina de Ensaios Mecânicos Portátil de Baixo Custo para Fins Didáticos Utilizando o Conceito Open Source ^{[ 4 ]}

요약 (구글 번역): 본 논문은 역학 및 재료 강도 교육을 지원하기 위해 오픈 소스 철학에 따라 설계된 휴대용, 교육용, 저비용, 손쉬운 제작이 가능한 만능 기계적 시험기를 소개합니다. 이 장비는 모듈식 알루미늄 프로파일로 제작되도록 설계되었으며, 역학 기술 교육 워크숍에서 활용될 수 있습니다. 이 시험기는 인장 및 압축 방향으로 최대 10kN의 하중을 안전하게 가할 수 있으며, 0.5~70mm/min의 속도로 이동하고, 0.57μm의 변위 분해능을 제공합니다. 재료비와 제작비를 포함한 총 비용은 미화 1,000달러입니다. 이 장비는 Arduino® UNO 보드로 제어되며, 전기 기계식 구동 방식으로 작동합니다. 하중은 사다리꼴 스핀들을 통해 가해지고, 빔의 변위와 속도는 직교 엔코더로 측정되며, 속도 제어는 PID(비례, 적분, 미분) 제어를 통해 이루어집니다. 인장 시험을 수행할 수 있을 뿐 아니라 압축, 굽힘, 접힘 등 다른 시험에도 적용할 수 있습니다.

• 로드셀을 다른 기계적 시험 장치에 넣어 교정했습니다.
• 재료 샘플 테스트 및 결과를 발표된 ASTM 표준과 비교하여 검증되었습니다.

공학 교육 및 연구에서 오픈 소스 테스트 장비의 설계 및 구현 ^{[ 5 ]}

요약: 실험실 실습은 학생들이 기술 지식이 실제에 어떻게 적용되는지 배우는 데 중요한 역할을 하며, 학부 공학 교육 과정의 필수적인 요소로 오랫동안 인식되어 왔습니다. 그러나 새로운 실험 활동을 도입하는 것은 여러 가지 이유, 특히 자원 제약으로 인해 어려움이 있습니다. 특히 코로나19 팬데믹 기간 동안 원격 학습 환경에서는 학생들에게 의미 있는 실습 경험을 제공하는 것이 더욱 어려워졌습니다. 본 연구에서는 저비용의 오픈 소스 기계 시험 장비 두 가지를 설계하고 공학 교육 및 연구에 활용했습니다. 범용 기계 시험 키트는 1학년 재료과학 개론 수업의 실험 활동으로 도입되었습니다. 소형 기계 시험 키트는 원격 학습 도구로 설계되어 팬데믹 기간 동안 3학년 공학 설계 수업의 실험 키트로 사용되었으며, 학생들이 집에서 학습하는 동안 의미 있는 실습 경험을 제공했습니다. 이 외에도 다양한 설계 변형 장비들이 공학 교육 및 연구에 적용되었습니다.

• 설계, 최적화 또는 검증보다는 교육적 적용에 초점을 맞춥니다.
• 두 가지 종류의 기계식 시험 장치를 제작했습니다.

범용 기계적 테스트 키트:

• 300mm x 300mm x 680mm
• 1kN
• 속도 0.1-240mm/min
• 선형 스케일을 사용하여 측정한 변형률은 ± 0.1mm의 오차를 가집니다.
• 3% 스트레스 오차
• 730 캐나다 달러

소형 기계 테스트 키트:

• 400mm x 140mm x 120mm
• 500N
• 속도: 1-750 mm/min
• 선형 슬라이드를 사용하여 측정한 변형률은 ± 0.1mm의 오차 범위 내에 있습니다.
• 3% 스트레스 오차
• 176캐나다달러

아두이노 기반 범용 테스트 장치 개발 ^{[ 6 ]}

요약: 농산물 재료의 기계적 특성은 포장, 운송, 분류 등 다양한 응용 분야에서 매우 중요합니다. 본 연구에서는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 재료와 오픈 소스 소프트웨어를 사용하여 총 1,000 이집트 파운드 미만의 비용으로 간단한 기계적 시험 장치를 제작했습니다. 이 장치는 스테퍼 모터와 냉각 팬을 지지하는 강철 프레임, 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 냉각 팬, 직선 운동을 하는 나사에 고정된 드릴 척, 시험 시료를 놓는 스테이지, 그리고 힘을 측정하는 로드셀로 구성됩니다. 기계적 시험을 수행하기 위해 시료를 프레임과 로드셀 위에 놓습니다. 스테퍼 모터는 필요한 힘을 가하며, 드릴 척에는 다양한 종류의 그립을 고정할 수 있습니다. 메인 샤프트를 아래로 움직이면 시료에 압력이 가해집니다. 변위(변형)는 프로그램 코드에서 스테퍼 모터의 스텝을 제어하여 정밀하게 제어되며, 로드셀로 측정된 힘은 SD 카드 메모리와 컴퓨터 시리얼 모니터에 기록됩니다. 로드셀과 스테퍼 모터는 데이터 수집 및 분석을 위해 USB 포트를 통해 노트북에 연결된 아두이노 마이크로컨트롤러에 연결되어 있습니다. NEMA 23 스테퍼 모터는 최대 19kg·cm의 토크를 견딜 수 있어 다양한 농작물 재료의 시험에 적합합니다. 이 장치는 조립이 간편합니다. 저렴한 비용과 사용 편의성 덕분에 이 아두이노 기반 범용 재료 시험기는 다양한 분야의 연구자들에게 기계적 특성 등의 개념을 소개하는 데 적합한 장치가 될 수 있습니다.

• 이 장치는 광범위하게 적용될 수 있도록 설계되었지만, 특히 농업 분야에 중점을 두었습니다.
• 최대 샘플 크기는 30cm x 15cm입니다.
• 최대 응력 100N
• 속도: 0.31m/s
• 땅콩을 대상으로 실험을 진행했습니다.
  • 다른 연구의 유사한 결과를 참고했습니다.

저비용의 현미경 호환 기계적 시험 장치 제작 ^{[ 7 ]}

요약: 시중에 판매되는 대부분의 기계적 시험 장비는 부피가 크고 가격이 비싸며 하중 하에서 시료의 미세구조 변화를 평가할 수 없습니다. 이는 재료 구조와 전체적인 기계적 특성 간의 이해에 중요한 격차를 초래합니다. 본 연구의 목표는 대부분의 정립 또는 도립 현미경 스테이지에 장착할 수 있을 만큼 작고, 시료를 원하는 위치에 고정하여 기계적 특성과 미세구조 특성을 동시에 분석할 수 있는 기계적 시험 장비를 제작하는 것이었습니다. 부품은 취미용으로도 적합한 FFF(Fused Filament Fabrication) 기술을 사용하여 3D 프린팅한 후, 상용 패스너와 이동 부품을 이용하여 조립했습니다. 이 장비는 플라스틱 기둥의 변형을 이용하여 가해진 변형률 하에서 시료의 반력을 측정합니다. 시료 변형 영상을 맞춤형 처리 스크립트를 사용하여 분석하고, 자동화된 방식으로 응력 및 변형률 거동을 계산했습니다. 이 장비는 건조 및 수화 조건에서 다양한 비선형 및 점탄성 시료에 대해 상용 기계적 시험 장비와 유사한 정확도로 기계적 특성을 분석할 수 있었습니다. 또한, 본 장치는 다양한 정립 및 도립 현미경과 호환성을 보였으며, 이러한 현미경과 함께 사용했을 때 정확한 기계적 시험 결과를 얻을 수 있었습니다. 우리는 생체의학 공학 분야에서 사용되는 대부분의 연성 재료를 정확하게 시험하고 현미경을 이용한 미세구조 분석까지 추가로 수행할 수 있는 장치를 600달러의 가격으로 성공적으로 개발했습니다.

• 현미경 관찰 전용으로 설계되었으므로 일반적인 재료 테스트는 수행할 수 없습니다.
• 속도 0.1-0.6mm/s
• 컴퓨터 비전을 이용한 변형률 측정
  • 해상도: 50-200 μm
  • 오차: 적재 조건 및 거리에 따라 0.1~31%의 편차 발생 가능
• 3D 프린팅된 플라스틱 기둥의 변형을 통해 측정된 응력
• 상용 테스트 장비와의 비교 테스트를 통해 검증되었습니다.

캔버스 회화의 기계적 연구를 위한 자동 사전 장력 조절 기능이 있는 오픈 소스 이축 인장 시험기 ^{[ 8 ]} =

요약: 캔버스 회화 보존의 역학적 측면과 보존 처리 효과 연구는 재료의 역학적 특성을 정량화함으로써 큰 ​​이점을 얻습니다. 그러나 필요한 장비를 갖춘 연구실이 드물기 때문에 이러한 정량화는 현실적으로 어렵습니다. 본 논문에서는 이축 하중 하에서 직교이방성 거동을 보이는 캔버스 회화 시료에 사용할 수 있는 이축 인장 시험기 개발에 대해 소개합니다. 이 장비는 캔버스 회화 역학에 대한 박사 연구의 첫 단계로 제작되었습니다. 조립이 간편하고, 부품을 쉽게 구할 수 있으며, 시판 제품보다 비용이 훨씬 저렴한 시스템을 만드는 데 중점을 두었습니다. 제어 소프트웨어에는 측정 정확도를 향상시키기 위한 자동 사전 장력 조절 기능이 포함되어 있습니다. 본 연구의 궁극적인 목적은 보존 전문가와 보존 과학자들이 재료 과학 분야에서 정보에 기반한 선택을 할 수 있도록 인장 시험을 수행하는 데 도움이 되는, 쉽게 복제 가능한 장비를 개발하는 것입니다.

• 이축 캔버스 테스트용으로 설계되었습니다.
• 테스트 범위는 최대 350mm입니다.
• 1000N 정격
• 100mm/분
• 모터 펄스 수를 세어 변형률을 측정했습니다.
  • 해상도: 0.00156mm
  • 평균 오차: 0.004mm
• 응력 측정에는 모터 4개와 로드셀 4개를 사용했으며 오차율은 0.782%였습니다.
• 2,500유로
• 0.001mm 해상도의 디지털 다이얼 게이지를 사용하여 동작의 정확성과 반복성을 검증했습니다.
• 정밀 추를 사용하여 검증된 로드셀

실습 학습을 위한 오픈 소스 범용 테스트 장비의 설계, 제조 및 테스트 ^{[ 9 ]}

요약: 본 논문에서는 MT-02라는 만능 시험기를 설계, 제작 및 시험했습니다. 이 시험기는 교육 및 시연 목적으로 활용될 수 있도록 제작되었습니다. 설계 사양에는 경제성, 휴대성, 소프트웨어 및 하드웨어 확장 용이성, 오픈 소스 정신, 그리고 최대 3.5kN의 하중을 가한 인장 시험 및 압축 시험 수행 기능이 포함됩니다. 시험기 프레임은 표준화된 알루미늄 프로파일을 사용하여 제작되었으며, 하중이 적은 부품은 3D 프린팅으로 제작되었습니다. 제어는 아두이노 보드를 기반으로 하며, 터치 디스플레이를 통해 조작하고 측정 데이터는 USB 인터페이스를 통해 PC로 전송합니다. 플라스틱 시편을 사용하여 MT-02와 상용 만능 시험기에서 일련의 인장 시험을 수행했습니다. 모든 시편에 대한 시험이 성공적으로 완료된 후, 제작된 시험기의 정확도와 정밀도 측면에서 결과를 비교 및 ​​해석했습니다. 두 시험기는 강도 측정에서 양호한 일치성을 보였습니다. 크로스헤드의 변위로 추정한 시료의 변형률은 비디오 신장계를 장착한 상용 만능 시험기의 결과와 약 2배의 차이를 보였습니다. 따라서 영률은 48% 과소평가되었습니다. 광학적 변형률 측정법을 사용하면 이 문제를 해결할 수 있습니다. 요약하자면, 본 논문은 설비가 잘 갖춰진 작업장에서 비교적 적은 예산과 노력으로 만능 시험기를 제작할 수 있으며, 측정 결과는 상용 시험 시스템과 유사함을 보여줍니다.

• 크기는 0.5m입니다.
• 속도 0.5-6mm/min
• 변형률 측정을 위해 컴퓨터 비전 기술을 활용했습니다.
• 본 연구에서는 다섯 가지 재료 샘플을 새로운 장치와 상용 ZwickRoell 장치에서 테스트하는 실험을 수행했습니다.
  • 28~48%의 차이가 있었습니다.

의료기기에 적합한 소형 폼 팩터를 갖는 고분자 필름의 초탄성 특성을 측정하기 위한 저비용 3D 프린팅 실험실 장치의 설계 및 제조 ^{[ 10 ]}

요약: 초탄성 재료는 큰 탄성 회복 변형률 덕분에 의료용 임플란트 및 미세전기기계시스템(MEMS)에 널리 사용됩니다. 그러나 이러한 재료의 기계적 특성은 가공 변수에 민감하여 특성 분석 결과가 일관되지 않을 수 있습니다. 초탄성 재료의 특성 분석을 위해 다양한 시험 장비가 사용되어 왔지만, 대부분 비용이 많이 듭니다. 최근 적층 제조 및 오픈소스 소프트웨어/하드웨어의 발전은 연구 환경에서 초탄성 재료의 특성 분석을 위한 보다 간편한 솔루션의 가능성을 제시하며, 부드럽고 작은 형태의 샘플을 활용하는 저비용 도구 및 시험 방법을 통해 이러한 재료의 특성을 분석할 수 있는지에 대한 의문을 제기합니다. 본 연구에서는 이러한 재료의 특성 분석을 위해 설계된 오픈소스 3D 프린팅 시험 시스템의 잠재력을 조사합니다. 이 시스템은 최소 침습 임플란트의 고분자 부품에서 흔히 나타나는 큰 탄성 변형과 작은 형태의 샘플(두께 1mm 미만)에 최적화되어 있습니다. 저자들은 적층 제조 기술을 이용하여 단축 및 평면 인장 시험용 부품을 제작하고, 큰 변형률을 측정하기 위해 저비용 이미지 상관 분석법을 적용했습니다. 폴리디메틸실록산(PDMS)은 생체 적합성 장치에 사용되고 관련 연구가 활발히 진행되어 왔기 때문에 2매개변수 무니-리블린 모델의 적용 가능성을 검증하기 위해 선택되었습니다. 추정된 영률과 전단 탄성률은 재현성이 높았으며 기존 연구 결과와 일치했습니다. 데이터 포인트가 제한적일 경우, 곡선 맞춤은 최적화 설정에 따라 어려움을 겪었으며 이는 기존 연구 결과와 일관됩니다. 그러나 데이터 포인트가 많고 최적화 오차를 적절하게 설정했을 때, C1과 C2 값은 기존에 보고된 값과 유사한 것으로 나타났습니다. 본 연구는 2매개변수 무니-리블린 모델을 이용하여 초탄성 재료의 특성을 합리적인 정확도로 분석할 수 있는 저비용, 3D 프린팅 기반의 오픈소스 테스트 장비를 제시합니다.

• 본 장비는 2매개변수 Mooney–Rivlin 모델을 사용하여 초탄성 재료의 단축 및 평면 시험 모두에 적합하도록 설계되었습니다.
• 1kg 단축 하중, 5kg 평면 하중에 대한 정격 용량
• 선형 액추에이터와 컴퓨터 비전을 모두 사용하여 변형률을 측정했습니다.
  • ± 0.03mm 오버슈트
  • 측정 오차 1%
  • 카메라는 캘리퍼스와의 비교를 통해 유효성이 검증되었습니다.
• 응력 측정값의 오차는 ± 0.01kg입니다.
• 1471.16달러
• 이 방법은 기존에 발표된 결과와 5% 이내의 오차로 폴리디메틸실록산의 영률을 측정하는 데 사용됩니다.

미발표 작품

TestrBot: 300달러짜리 범용 테스트 머신 ^{[ 11 ]}

저자 개요: TestrBot은 300달러짜리 만능 시험기(UTM)로, 최대 200파운드(약 90kg)의 인장 또는 압축 하중을 가하는 모든 종류의 정적 및 동적 시험을 수행할 수 있습니다. 이 장비는 3D 프린팅된 시편에 대한 다양한 물리적 시험을 진행할 수 있도록 설계되었습니다.

• 0.6m 테스트 범위
• 최대 속도 6.35 mm/min
• 스테퍼 모터에 전달되는 펄스 수를 세어 변형률을 측정했으며, 해상도는 3.556μm입니다.
• 프레임은 대부분 나무로 제작되었습니다.
• 공식적으로 검증되거나 테스트되지 않았습니다.

오픈 풀: DIY 범용 테스트 장비 ^{[ 12 ]}

저자 소개: 이 장비는 제가 여러 영상에서 다양한 재료와 부품의 강도를 측정하는 데 사용하는 DIY 만능 시험기입니다. 마침내 모든 데이터를 수집하여 오픈 소스로 공개했으니, 누구나 직접 제작해 볼 수 있을 것입니다. 전체 구성 과정과 함께 시험 샘플의 변형률을 측정하기 위한 광학 변형률계를 제작한 방법도 보여드리겠습니다.

• 테스트 범위는 약 1m입니다.
• 최대 2.5kN까지 적용 가능
• 1mm/min 또는 25mm/min의 속도로 운전하십시오.
• 카메라와 동작 추적을 이용하여 변형률을 측정합니다.
• 비용은 100파운드입니다.
• 기기 테스트 또는 검증에 대한 정보는 없습니다.

저비용 범용 인장 시험기 ^{[ 13 ]}

저자 개요: 3D 프린팅 부품과 상용 부품으로 제작된 300달러짜리 저가형 전자식 만능 시험기로, 1000N 미만의 하중을 사용하는 인장 시험에 적합합니다.

• 위의 CNCKitchen 장치에서 영감을 받은 변형률 측정 방식을 사용한다고 주장하지만, 자세한 내용은 제공되지 않았습니다.
• 3D 프린팅 매개변수 최적화에 관한 출판물에 사용되었습니다 ^{[ 14 ].}

재료 - 범용 시험기 ^{[ 15 ]}

저자 개요: 본 장비는 최대 20kN의 설계 하중을 견딜 수 있는 시편의 압축 및 인장 시험을 위한 오픈 소스 기계식 시험기입니다. 연구팀이 아는 바로는, 이는 비유압식 오픈 소스 장비 중 최고 수준입니다. 기계 조립은 최소한의 전문 엔지니어링 지식만 필요로 하도록 설계되었으며, 외부 가공 부품은 약 1개에 불과합니다. 특히 강철 부품은 레이저 절단을 통해 외부에서 조달했습니다. 사내에서 필요한 주요 장비는 작업장에 설치된 고품질 드릴 프레스입니다. 일반적인 상용 전기 선형 액추에이터를 최대한 활용하기 위해 레버 기반 설계 방식을 채택하여 다양한 하중 및 변형률 측정 기능을 제공합니다. 부품 준비의 복잡한 과정들을 보여주는 영상도 제공됩니다. 전자 장치 조립은 납땜이 용이한 스루홀 부품과 쉽게 구할 수 있는 전자 모듈을 중심으로 설계되었으며, PCB 설계도 함께 제공됩니다. Raspberry Pi와 Arduino를 사용하여 장비 작동 및 사용자 인터페이스를 제어합니다.

• 문서화 작업은 완료 후반 단계에서 중단된 것으로 보입니다.
• 3000파운드
• 변형률 측정을 위해 디지털 선형 저울과 카메라를 모두 사용했습니다.
• 1.6m 프레임
• 주로 레이저 절단 강철로 제작되었습니다.
• 검증 세부 정보가 완전하지 않습니다. 상용 장비와 결과를 비교한 것으로 보입니다.

RobertCowanDIY의 ​​간단한 인장 강도 시험기 ^{[ 16 ]}

저자 개요: 이 제품은 필라멘트 샘플의 상대적인 인장 강도를 측정하는 간단하고 저렴한 인장 강도 시험기입니다. 다양한 필라멘트 또는 설정에서 레이어 접착 강도를 테스트하는 데 사용됩니다. 선호하는 필라멘트의 온도를 높이면 부품이 더 강해질까요? 고속 인쇄는 부품을 약하게 만들까요? 이 소형 시험기는 이러한 질문에 대한 답을 찾도록 설계되었습니다.

• 매우 저렴하고 간단합니다.
• 전기 설계 또는 제작은 포함되지 않습니다.
• 프레임은 3D 프린팅으로 제작되었습니다.
• 이 제품은 수하물용 저울을 사용하여 힘을 측정합니다. 이 리뷰에 포함된 두 제품 중 로드셀을 사용하지 않는 제품입니다.

참고문헌