3D打印用于電子和可穿戴設備的應變傳感器

來源：廣西增材制造協(xié)會

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

大多數應變傳感器研究都集中在靈敏度、彈性和實際制造上。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備中，使用提供強度和性能的材料和技術。兩種不同尺寸的樣品：I型，2000μm×200μm，II型，500μm×200μm，使Smith有更好的機會檢查和評估原型。

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）
導電液
基質
“當施加外力時，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。結果，長通道的變形導致導電流體的橫截面積減小。導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打印應變傳感器設計的橫截面視圖。

應用過程中通道效應的工作原理。

由于電導率和相對無毒性，Galinstan流體被用于研究項目，Smith指出應變傳感器模式適用于單軸應變。使用Ultimaker 3 3D打印機打印傳感器，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)建一系列復雜的設計和傳感器平臺。

用于使用Ultimaker 3 3D打印機打印應變傳感器的設置和參數。

“盡管如此，與應變偏移、應力積累和應力集中相關的問題是限制因素。 FDM工藝形成彈性基材的方式是使纖維交織并與施加的應變成一定角度，”作者總結道?！斑@減少了在這些纖維中引起永久變形和應變積累所需的應變?！?br />
“這些觀察與3D打印應變傳感器的創(chuàng)建高度相關，因為層的圖案化可以改變應變傳感器的應變響應。總體而言，F(xiàn)DM 3D打印已被證明具有作為簡單且經濟高效地制造柔性應變傳感器的方法的潛力。”

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