3D打印用于電子和可穿戴設(shè)備的應(yīng)變傳感器

來源：廣西增材制造協(xié)會

路易斯安那州立大學(xué)的論文學(xué)生奧斯汀史密斯在探索可穿戴電子產(chǎn)品傳感器機(jī)制方面取得了成功。在“FDM 3D打印應(yīng)變傳感器的設(shè)計(jì)和制造”中，作者解釋說，由于需要監(jiān)控運(yùn)動的柔性電子設(shè)備，可以快速創(chuàng)建價格合理的傳感器。

大多數(shù)應(yīng)變傳感器研究都集中在靈敏度、彈性和實(shí)際制造上。在這里，史密斯試圖開發(fā)一種方法，將多個傳感器集成到一個設(shè)備中，使用提供強(qiáng)度和性能的材料和技術(shù)。兩種不同尺寸的樣品：I型，2000μm×200μm，II型，500μm×200μm，使Smith有更好的機(jī)會檢查和評估原型。

基于Muth等人的嵌入式3D打印程序圖

一旦創(chuàng)建，每個傳感器包括：
嵌入式渠道（長短）
導(dǎo)電液
基質(zhì)
“當(dāng)施加外力時，通道變形，并且長通道的橫截面積減小，而短通道的橫截面積增加。結(jié)果，長通道的變形導(dǎo)致導(dǎo)電流體的橫截面積減小。導(dǎo)電流體面積的這種變化減小了電流可以流過的路徑的尺寸，從而增加了它的阻力，”史密斯說。

3D打印應(yīng)變傳感器設(shè)計(jì)的橫截面視圖。

應(yīng)用過程中通道效應(yīng)的工作原理。

由于電導(dǎo)率和相對無毒性，Galinstan流體被用于研究項(xiàng)目，Smith指出應(yīng)變傳感器模式適用于單軸應(yīng)變。使用Ultimaker 3 3D打印機(jī)打印傳感器，使用Ninja Flex Thermoplastic Polyurethane制造。總體而言，研究表明，通過FDM 3D打印可以創(chuàng)建一系列復(fù)雜的設(shè)計(jì)和傳感器平臺。

用于使用Ultimaker 3 3D打印機(jī)打印應(yīng)變傳感器的設(shè)置和參數(shù)。

“盡管如此，與應(yīng)變偏移、應(yīng)力積累和應(yīng)力集中相關(guān)的問題是限制因素。 FDM工藝形成彈性基材的方式是使纖維交織并與施加的應(yīng)變成一定角度，”作者總結(jié)道。“這減少了在這些纖維中引起永久變形和應(yīng)變積累所需的應(yīng)變。”

“這些觀察與3D打印應(yīng)變傳感器的創(chuàng)建高度相關(guān)，因?yàn)閷拥膱D案化可以改變應(yīng)變傳感器的應(yīng)變響應(yīng)。總體而言，F(xiàn)DM 3D打印已被證明具有作為簡單且經(jīng)濟(jì)高效地制造柔性應(yīng)變傳感器的方法的潛力�！�

隨著3D打印和電子產(chǎn)品在如今的無數(shù)創(chuàng)新中不斷相互配合，傳感器也成為許多不同應(yīng)用的熱門焦點(diǎn)，從嵌入式組件到生物醫(yī)學(xué)傳感器再到光纖。