One Piece Compliant Mechanism Blaster (Mark Rober)

Phòng Nghiên cứu Cơ chế Tuân thủ (Compliant Mechanisms Research Lab) đã hợp tác với Mark Rober và đội ngũ của ông để tạo ra khẩu súng phóng Nerf hoạt động thu nhỏ nhất thế giới.

Xem video của anh ấy tại đây!

CẬP NHẬT NGÀY 16/10/2023: Các tệp tỷ lệ ¼ đã được cập nhật lên phiên bản có khớp nối tốt hơn nhiều.

Khẩu súng phóng nhỏ nhất này được sản xuất bằng ống nano carbon và đủ nhỏ để một con kiến có thể sử dụng, nhưng chúng tôi đã tạo ra bốn phiên bản có tỷ lệ in 3D dành riêng cho bạn!

Chúng tôi cũng đã tạo một phiên bản không giống súng để giáo viên và những người khác sử dụng. Kết quả là một khẩu phóng đĩa vui nhộn, và bạn có thể tìm thấy các tệp tại /3d-model/banh-xe-ban-co-che-tuan-thu-one-piece.

Xem bài viết liên quan của chúng tôi tại đây trên Nature Communications.

Hướng dẫn In

• PLA
• Độ cao lớp in 0.2mm
• Đầu phun 0.4mm
• Mặt logo hướng lên
• Không cần hỗ trợ

Nạp đạn và Bắn khẩu Blaster Kích thước Đầy đủ

Vật liệu & Chế tạo

Mặc dù in 3D tiện lợi, nhưng các vật liệu cơ bản có sẵn không lý tưởng cho các cơ chế tuân thủ hoặc lưu trữ một lượng lớn năng lượng trong các bộ phận linh hoạt, như khẩu blaster tuân thủ này. Chúng tôi phải chuyển sang các vật liệu khác để có hiệu suất tối ưu hơn.

Kim loại vô định hình

Kim loại vô định hình, còn được gọi là kính kim loại khối, là một hợp kim kẽm có đặc tính cơ học tuyệt vời. Các cơ chế tuân thủ hoạt động tốt nhất với tỷ lệ cường độ trên mô đun đàn hồi cao. Vật liệu này đạt được độ bền đáng kinh ngạc mà không có biến dạng dẻo với độ đàn hồi của thép lò xo.

Nylon

Nylon cường độ cao là một lựa chọn polymer tuyệt vời cho các cơ chế tuân thủ. Nguyên mẫu này được chế tạo bằng kỹ thuật thiêu kết laser chọn lọc.

Mô hình in SLS bằng nylon có thể được sơn để mang lại vẻ ngoài quen thuộc của Nerf Maverick

Gỗ

Đáng ngạc nhiên là các cơ chế tuân thủ không chỉ giới hạn ở kim loại và polyme. Mặc dù có thể không có các đặc tính cơ học tối ưu, một số loại gỗ, chẳng hạn như gỗ bạch dương Baltic, cũng có thể được phay hoặc cắt bằng laser với hiệu suất thỏa đáng.

Chế tạo Khẩu Blaster Nerf Nhỏ nhất

Khẩu Nerf blaster nhỏ nhất được sản xuất bằng cách nuôi cấy ống nano carbon trong lò nung. Điều này rất quan trọng để cho phép chúng tôi thu nhỏ đến kích thước hiển vi. Ống nano carbon được nuôi cấy bằng cách phủ alumina lên tấm wafer silicon và sau đó, sử dụng quang khắc, chúng tôi tạo ra một thiết kế cản quang trên cùng. Thiết kế cản quang là không gian âm của thiết kế cuối cùng. Sắt cũng được phủ lên tấm wafer.

Sau khi được xử lý bằng siêu âm trong NMP, lớp cản quang và lớp sắt trong các không gian âm của thiết kế sẽ bị hòa tan. Lớp alumina giữa lớp sắt và silicon cho phép lớp sắt và silicon không bị tách rời khi nung ở nhiệt độ cực cao. Trong lò, chúng tôi nung mẫu trong hydro. Điều này làm cho nó hình thành các quả cầu sắt nhỏ. Trong một thời gian ngắn, chúng tôi bão hòa mẫu bằng ethylene (C2H4). Các nguyên tử carbon trong ethylene liên kết với sắt tạo thành hình ống, và hydro được lọc ra khỏi lò. Những ống nhỏ này cực kỳ nhỏ và khi đặt cạnh nhau, chúng tạo thành một "rừng ống nano carbon".

Sau đó, ở nhiệt độ cao hơn, chúng tôi tiếp tục bão hòa mẫu bằng ethylene và điều đó cho phép carbon phát triển giữa các ống. Quá trình này được gọi là thẩm thấu và nó làm cho thiết kế bền hơn nhiều.

Ống nano carbon đã từng được sử dụng để sản xuất các cơ chế tuân thủ trong quá khứ và chúng tiếp tục là một triển vọng thú vị để khám phá trong tương lai. Chúng cho phép chúng tôi tạo ra các cơ chế hoạt động cực kỳ nhỏ mà nếu không chúng tôi không thể làm được. Điều này có thể mang lại lợi ích cho công nghệ, sinh học và các nghiên cứu kỹ thuật theo nhiều cách.

Tìm hiểu thêm

Thiết kế này được phát triển bởi Nhóm Nghiên cứu Cơ chế Tuân thủ (CMR) từ Đại học Brigham Young (BYU). Theo dõi chúng tôi tại @byucmr trên Instagram, @CompliantMechanismsResearchGroup trên Facebook hoặc truy cập trang web Nghiên cứu Cơ chế Tuân thủ (CMR) của BYU để tìm hiểu thêm về các cơ chế tuân thủ.

Thông tin Kỹ thuật

Để biết thông tin kỹ thuật chuyên sâu, vui lòng xem các ấn phẩm sau:

D. N. Hutchison và cộng sự., "Carbon Nanotubes as a Framework for High-Aspect-Ratio MEMS Fabrication," trong Journal of Microelectromechanical Systems, tập 19, số 1, trang 75-82, tháng 2 năm 2010, doi: 10.1109/JMEMS.2009.2035639.

B. H. Hanna và cộng sự., "Mechanical Property Measurement of Carbon Infiltrated Carbon Nanotube Structures for Compliant Micromechanisms," trong Journal of Microelectromechanical Systems, tập 23, số 6, trang 1330-1339, tháng 12 năm 2014, doi: 10.1109/JMEMS.2014.2312847.

Jones, K., Jensen, B. D., và Bowden, A. (ngày 17 tháng 10 năm 2013). "Fabrication and Testing of Planar Stent Mesh Designs Using Carbon-Infiltrated Carbon Nanotubes." ASME. J. Nanotechnol. Eng. Med. tháng 5 năm 2013; 4(2): 020903.

Để tìm hiểu thêm về cơ chế tuân thủ nói chung, hãy xem trang web Nghiên cứu Cơ chế Tuân thủ (CMR) của BYU hoặc các sách sau: Compliant Mechanisms, Handbook of Compliant Mechanisms

Sở hữu Trí tuệ

Các tệp in 3D có thể tải xuống được cung cấp ở đây có thể được sử dụng, sửa đổi và sử dụng cho mục đích phi thương mại. Để cấp phép công nghệ này cho các ứng dụng thương mại, vui lòng liên hệ:

BYU Technology Transfer Office 3760 Harold B. Lee Library Brigham Young University Provo, UT 84602 Điện thoại: (801) 422-6266 https://techtransfer.byu.edu/contact