Medición de la Respuesta Tensional Compresiva en Pequeñas Deformaciones

Área de la Ciencia:

• Ciencia e Ingeniería de Materiales; Ingeniería Mecánica; Caracterización de Microdispositivos

Sus antecedentes:

• La caracterización mecánica precisa de materiales y microdispositivos es esencial para la predicción del rendimiento y el diseño.
• Los métodos existentes pueden carecer de precisión o rentabilidad para el análisis de pequeñas deformaciones.
• Existe la necesidad de herramientas fiables y accesibles para pruebas de baja fuerza y pequeño desplazamiento.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y validar un sistema de medición novedoso y rentable para la evaluación mecánica precisa en la región de pequeña deformación.
• Permitir la adquisición sincronizada de fuerza-desplazamiento con alta resolución.
• Demostrar la fiabilidad y aplicabilidad del sistema en la caracterización de materiales como el polidimetilsiloxano (PDMS).

Principales métodos:

• Integración de una etapa z controlada por motor, microcontrolador, amplificador operacional y sensor de fuerza para la adquisición de datos sincronizada.
• Software de control personalizado y comunicación serie para la operación del sistema.
• Calibración del sistema frente a una máquina de pruebas universal comercial y validación utilizando un medidor de desplazamiento láser.

Principales resultados:

• Se logró un error relativo dentro de ±2.0% para la medición de fuerza y +0.1% para la precisión del desplazamiento.
• Se demostró una resolución de desplazamiento de 1 µm y una resolución de fuerza de 0.01 N.
• Las respuestas de tensión-deformación coincidieron estrechamente con una máquina de pruebas universal, con un módulo compresivo que mostró una desviación de +5.3% respecto a los valores reportados.

Conclusiones:

• La plataforma desarrollada ofrece una solución compacta, estable y rentable para pruebas mecánicas precisas de pequeña deformación.
• El rendimiento validado y la calibración reproducible confirman su fiabilidad para mediciones de baja fuerza y pequeño desplazamiento.
• Adecuado para aplicaciones en micro-sistemas electromecánicos (MEMS) basados en polímeros, robótica blanda y microagujas que requieren una evaluación precisa de materiales.