研究人員發(fā)現(xiàn)，一種廉價的帶有3D打印部件和低成本傳感器的監(jiān)視系統(tǒng)可能不會持續(xù)到商用期限，但它可能是一樣精確的。在美國各地，由儀器和傳感器組成的氣象站監(jiān)視產(chǎn)生我們當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報的條件，例如氣溫，風(fēng)速和降水。這些系統(tǒng)不僅是天氣監(jiān)控器，而且還是用于研究從農(nóng)業(yè)到可再生能源發(fā)電的主題的有效工具。

商業(yè)氣象站可能要花費數(shù)千美元，這既限制了可用性，也限制了可以收集的氣候數(shù)據(jù)量。但3 d印刷和低成本的傳感器的出現(xiàn)使人們有可能建立一個氣候站了幾百元。這些廉價的本地生產(chǎn)版本是否能像價格更高的版本一樣出色?

答案是肯定的。根據(jù)研究人員的說法，他們將3D打印的氣象站放在俄克拉荷馬州進行了測試。美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的大氣和地球科學(xué)家Adam K. Theisen領(lǐng)導(dǎo)了該項目，該項目將印刷站與商業(yè)級站進行了八個月的比較，以查看其準(zhǔn)確性和良好程度它可以抵制這些要素。

三維打印使用數(shù)字模型動態(tài)生成物理對象。它的低成本和能夠在任何可以掛打印機的地方打印零件的能力，可以幫助擴大這些站點的數(shù)量，幫助將數(shù)據(jù)收集帶到偏遠地區(qū)并教育未來的研究人員。

俄克拉荷馬大學(xué)的一個團隊遵循了大學(xué)大氣研究公司3-D打印自動氣象站(3-D-PAWS)計劃制定的指導(dǎo)和開源計劃，以打印100多個氣象站零件。他們沒有使用在3D打印中更常用的聚乳酸，而是轉(zhuǎn)向了丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(一種在戶外更耐用的塑料長絲)。3-D打印部件與低成本傳感器相結(jié)合，為這些新系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)，而3-D-PAWS計劃將這些新系統(tǒng)確立為在較早的實驗中很有希望的。

Theisen說：“為了使這種方法得到更廣泛的采用，它必須經(jīng)過這樣的驗證和確認研究。”

雖然3D打印的系統(tǒng)在實驗開始約五個月時確實開始出現(xiàn)故障跡象(相對濕度傳感器腐蝕并失效，并且某些零件最終退化或損壞了)，但其測量結(jié)果與商業(yè)級工作站的測量值相當(dāng)由俄克拉荷馬大學(xué)和俄克拉荷馬州立大學(xué)的科學(xué)家設(shè)計并實施的俄克拉荷馬州Mesonet網(wǎng)絡(luò)。

泰森說：“我沒想到這個電臺的性能會和以前一樣好。” “盡管組件開始退化，但結(jié)果表明，這類氣象站可能適合較短的活動。”

開始研究時，位于俄克拉荷馬大學(xué)的Theisen在加入Argonne之后繼續(xù)監(jiān)督這項工作。

在實驗中，低成本傳感器可精確測量溫度，壓力，雨水，紫外線和相對濕度。除幾臺儀器外，從2018年8月中旬到次年4月中旬，塑料材料在俄克拉荷馬州的天氣中保持不變，這段時期出現(xiàn)了強烈的暴雨，降雪，溫度范圍為14至104華氏度(- 10至40攝氏度)。測量風(fēng)速的3D打印風(fēng)速儀性能不佳，但可以通過改善打印質(zhì)量進行部分改進。

該項目由俄克拉荷馬大學(xué)的本科生領(lǐng)導(dǎo)，證實了3D打印的氣象站的準(zhǔn)確性及其作為教育工具的價值。

泰森說：“學(xué)生們學(xué)會了他們在課堂上不會學(xué)到的技能。” “他們制定了提案，設(shè)計了框架，并完成了大部分印刷和接線工作。”

打印專用組件的能力可使氣象站在偏遠地區(qū)更可行，因為可以在需要時立即制造替換零件。即使幾個月后更便宜的傳感器出現(xiàn)故障，數(shù)學(xué)計算仍能達到較低的預(yù)算。

Theisen指出：“如果您要談?wù)摰氖歉鼡Q兩三個這樣的廉價傳感器，而不是每年維護和校準(zhǔn)一個1,000美元的傳感器，那是值得考慮的強大成本效益。”