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《Additive Manufacturing》:3D打印压电压力传感器,用于动态触觉传感

《Additive Manufacturing》:3D打印压电压力传感器,用于动态触觉传感

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-05-17 15:28
  • 访问量:

【概要描述】

《Additive Manufacturing》:3D打印压电压力传感器,用于动态触觉传感

【概要描述】

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-05-17 15:28
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​2023年5月9日,美国格拉斯哥大学的研究人员在《Additive Manufacturing》上发表题为Fully 3D printed piezoelectric pressure sensor for dynamic tactile sensing的研究论文,报道了采用DIW直写多材料3D打印工艺制备压电压力传感器,包括传感材料、电极、封装材料。实验表明该工艺制造的传感器具有良好的性能和一致性。
原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103601

  研究简介  

直写多材料增材制造作为一种多功能和资源高效的技术,可用于制备低成本的传感器和嵌入式电子系统。本研究提出了一个完全3D打印的压电传感器,采用P(VDF-TrFE)-BaTiO3作为活性材料,制备了具有不同浓度的BaTiO3填料的传感器,以演示该方法在优化性能的器件打印中的应用。FT-IR证实,3wt . %填料负载由于β相含量较高,产生了3V的最高电压输出。该装置在0 ~ 60 kPa的工作范围内表现为线性响应,连续工作2200s保持稳定。通过制造3个器件并检测其输出变化小到可以忽略不计的实验,证实了该制造方法的可重复性。最后,为了验证传感器在实际应用中的潜在用途,研究人员将传感器安装在假手上,并根据动态触觉数据识别不同硬度的物体。

  研究内容解读  

本研究使用导电和功能墨水通过多材料DIW 3D打印制备了一个完全3D打印的压电压力传感器。传感材料、电极、封装材料均采用同一工艺打印。传感材料为P(VDF-TrFE)基复合材料和BaTiO纳米填料。在共聚物中加入BaTiO3增加了其β相分数,并且该传感器中的压电材料不需要极化。
该压电式压力传感器在5 - 60kpa的测试压力范围和0.3 - 0.8 Hz的测试频率范围内,产生的电压呈线性增长。3D打印的传感器还显示出稳定的循环响应,在30kPa下为~2.5 V并持续2000秒以上,同时显示出器件之间的极小的变化(<±5%)。样品之间的微小差异可能是由于复合墨水/浆料中填料颗粒分布的不均匀性(特别是在打印阶段),以及打印层的厚度不均匀。如此小的变化可通过适当的读出/信号调理电路进行调控。
研究人员将该传感器安装在假手上,并成功地用于感知动态触觉信息,以推断不同抓取物体的硬度。这项工作促进了传感器和电子设备的多材料3D打印的发展,为完全嵌入式3D打印电子系统的进一步发展提供了更多的可能性。

图1 在3D打印机玻璃床上打印压电压力传感器的制作步骤。

图2 多材料3D打印压力传感器的构造图。

图3 全3D打印压电压力传感器的制造过程。

——END——

奇遇科技团队自主研发DIW精细直写3D打印机,支持众多打印材料体系,涵盖了药物分剂量打印、药物新剂型研发、新陶瓷材料研发应用、生物水凝胶美容研发、仿生组织器官、组织工程支架、细胞工程培植与研究等大多数生物、药物3D打印应用场景。目前已应用于多所高校、研究所、医院等不同科研项目,为科研生产推进带来极大的帮助和支持。

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