Сопротивление бесполезно! Встречайте, VOLTA - токопроводящий композит от FILAMENTARNO!
Несколько месяцев назад нам поступил звонок. Звонили из Уфы. На том конце провода молодой человек интересовался, не сможем ли мы сделать пруток из предоставленного им материала? И может быть нам будет интересно производство токопроводящего филамента?
Признаться, изначально мы отнеслись к этому проекту с некоторым скепсисом - ну сколько этих токопроводящих уже наделали? А главный вопрос: кому это вообще нужно? Однако, отказывать мы не стали и, как только подвернулось свободное окно в производстве, сделали несколько килограмм прутка.
Так началось наше сотрудничество с компанией "Юниматэк".
Первая проба сразу выявила как минусы материала, так и несомненные преимущества перед уже имеющимися на рынке. Команда разработчиков довольно оперативно изменила состав, и уже следующая партия гранул, изготовленных нам под заказ Институтом Пластмасс имени Г.С. Петрова пошла на изготовление пилотной партии прутка.
Конечно, перед тем как вообще начать производство мы изучили предложения на рынке. Нашему удивлению не было предела, когда в попытках найти конкурентный товар, мы чаще всего натыкались на совершенно невнятные предложения некоего токопроводящего АБС без какой-либо сопроводительной информации. Он проводит ток. Точка. А какое у него сопротивление и прочие параметры - умалчивалось. С большим трудом мы нашли хоть какие-то данные буквально у одного продавца. Немного лучше обстояли дела у импортных производителей, как с сопротивлением их токопроводящих композитов, так и с информацией о них.
====quote====
Однако, значения сопротивления у всех, без исключения, производителей были указаны в самых разных видах попугаев, и понять хоть что-то, а тем более рассчитать сопротивление цепи, попросту не представляется возможным!
=============
На этом долгое вступление можно считать оконченным, переходим к самому интересному!
Сопротивление:
Пусть вас не пугает обилие цифр, главное - выделено. В ходе опытов выяснилось, что на проводимость образца влияет довольно много факторов, поэтому было решено привести все цифры замеров, чтобы каждый мог сделать свои выводы и пересчитать в удобные ему единицы измерения.
Подопытными стали распечатки из #VOLTA с надежными отверстиями под болты и известным объемом и сечением шейки, располагающейся между отверстий. В расчетах учитывался лишь сечение и длина шейки от края до края шайбы.
Эксперимент № 1
Длина шейки между шайбами составила 10см, ее ширина 8.5мм, толщина 5мм.
Сечение шейки 8.5х5=42.5мм2
Сопротивление при комнатной температуре составило ~ 173 Ом.
Эксперимент № 2
Длина шейки между шайбами составила 5см, ее ширина 8.5мм, толщина 5мм.
Сечение шейки 8.5х5=42.5мм2
Сопротивление при комнатной температуре составило ~ 71 Ом.
Эксперимент № 3
Длина шейки между шайбами составила 5см, ее ширина 8.5мм, толщина 2.5мм.
Сечение шейки 8.5х2.5=21.25мм2
Сопротивление при комнатной температуре составило ~ 115 Ом.
Эксперимент № 4
Длина шейки между шайбами составила 5см, ее ширина 8.5мм, толщина 7.5мм.
Сечение шейки 8.5х7.5=63.75мм2
Сопротивление при комнатной температуре составило ~ 53 Ом.
====quote====
Исходя из того, чему нас учили в школе (кого-то лучше, кого-то хуже...), удельное сопротивление (p) вычисляется так: p=R*S/l
а единица измерения в системе си: Ом*м
=============
В эксперименте №3 площадь сечения шейки образца составила (S) 21.25мм2 а сопротивление ® 115 Ом
Измеренное удельное сопротивление материала: p=115 Ом х 21.25-6м2 / 0.05м = ~0,05 Ом*м
В эксперименте №2 площадь сечения шейки образца составила 43мм2 а сопротивление 71 Ом
Измеренное удельное сопротивление материала: p=71 Ом х 43-6м2 / 0.05м = ~0,06 Ом*м
В эксперименте №4 площадь сечения шейки образца составила 63.75мм2 а сопротивление 53 Ом
Измеренное удельное сопротивление материала: p=53 Ом х 63.7-6м2 х/0.05м =~ 0,07 Ом*м
====quote====
Средним будем считать результат 0.06 Ом*м
=============
Со скучными цифрами покончено!
Теперь можно приступать к зажиганию лампочек! Конечно и тут не обойдется без цифр, желающие могут рассмотреть их на экране мультиметра.
Для начала - падение напряжения. Не замечено.
Ток 30мА
Ток 110мА
Ток 150мА
Лампочки горят, и очень прилично!
====quote====
И теперь небольшой бонус.
=============
В ходе измерений было замечено, что сопротивление образца довольно чувствительно к изменению температуры. При повышении температуры сопротивление росло, а при ее понижении падало до первоначальных значений. При этом, стабильность результатов измерений натолкнула на мысль о возможности использования этого свойства материала!
Можно спроектировать датчик температуры и разместить эти датчики в толще распечатки, в любой ее точке.
Даже нагрев рукой на несколько градусов дает существенное изменение сопротивления образца.
Однако, хотелось чего-то более динамичного! Для этого образец был предварительно нагрет до 70-80С на столе 3D принтера, а затем резко охлажден потоком сжиженного газа
(дома не повторять!)Также, был проведен успешный эксперимент по созданию из образца нагревательного элемента. На образец было подано напряжение 12В. Первоначально, ток составил 250мА. С ростом температуры ток постепенно падал и по достижении температуры 65С составлял уже 160мА. На этом эксперимент был прекращен.
====quote====
А под конец супербонус
=============
Была собрана небольшая гальваническая установка и проведен опыт по гальванопластике. На пробную распечатку из #VOLTA был нанесен довольно приличный слой меди! Без какой-либо предварительной подготовки пластика.
Этому интересному направлению будет посвящена отдельная статья.
Композит будет доступен в продаже с 05.06.2018. То есть совсем скоро!
Предваряя неизбежные вопросы:
- основа композита: полипропилен. Химически стойкий полимер.
- усадка есть, но печатать можно.
- стоимость 0.5кг катушки композита составит 2500р.
- пробники будут, однако, разбрасываться ими мы не станем
С уважением к Вашему инженерному таланту и творческому мышлению!
Команда "Filamentarno!"
www.filamentarno.ru
Подробнее...