Drukowanie 3D używane do tworzenia czujników dotykowych

Piezorezystancyjne czujniki przewodzące na bazie polimeru umożliwiają uzyskanie elastycznej jakości, która jest obecna w ludzkiej skórze; jednak według naukowców większość z tych dotykowych sensorów nie jest w stanie zidentyfikować więcej niż dwóch parametrów jednocześnie. W ramach badań naukowcy zaprojektowali, opracowali i przetestowali czujnik dotykowy o wymiarach 50 x 50 x 56 mm na podstawie przewodzącego polimeru 2 × 2 matrycy czujników wchodzących w skład kwadratowej struktury sprężystej. Ta struktura sprężynowa została wyprodukowana za pomocą drukowania 3D

Element pomiarowy został zaprojektowany tak, aby można go było w dużym stopniu dostosować. Materiałem bazowym czujnika jest kauczuk silikonowy, który ma wzmocnienia krzemionką i sadzą, z Silanem jako środkiem sprzęgającym.

"Struktura sprężystości podana w tym artykule została zaprojektowana do skalowania siły i numerycznie analizowana za pomocą COMSOL Multiphysics przed produkcją ", stwierdzają naukowcy. W tym badaniu opracowano także obwody do wbudowanych elektrod z bezprzewodową komunikacją między zespołem czujników a opracowanym interfejsem użytkownika, który umożliwia wykorzystanie czujnika jako urządzenia typu plug and play. "

Z czujnikami siły, to jest konieczne, aby zdefiniować zakres roboczy. Kontrolowanie zakresu roboczego można wykonać poprzez nadzorowanie ugięcia przyłożonego do elementu czujnikowego. Dzięki wprowadzeniu zewnętrznej struktury sprężystej typu kwadrat do elementów czujnikowych, zakres roboczy można łatwo zmienić. Struktura sprężyn jest zaprojektowana w celu ułatwienia rozmieszczenia 2 x 2 elementów wykrywających i zaprojektowana dla trzech oddzielnych części.

Dwuwarstwowy kształt zęba piły został opracowany w pojedynczym prostokącie, który został wydrukowany w 3D przy użyciu ABS Plus. Wytwarzanie samego czujnika przeprowadzono w dwóch etapach: wytwarzanie elementu czujnikowego, a następnie czujnika. Element pomiarowy został wykonany głównie z gumy silikonowej o temperaturze pokojowej wulkanizowanej (RTV). Do utworzenia elementu czujnikowego zastosowano mechaniczną metodę formowania, przy czym forma została zaprojektowana w trzech warstwach, aby element pomiarowy był łatwiejszy do usunięcia.

"Forma może tworzyć elementy czujnikowe o różnych geometriach i różnych kształtach. zakresy grubości w jednej partii produkcji ", wyjaśniają naukowcy. "Kluczową cechą tego procesu produkcyjnego jest wyczuwanie, że elementy mogą być tworzone zgodnie z wymaganą geometrią i rozmiarem przy różnych poziomach wydajności."

Trzy części w całości zostały wydrukowane w 3D; struktura sprężystości typu kwadratowego byłanadruk wykonany w ABS z wypełnieniem 100%, podczas gdy pozostałe dwie części - podkładka dolna i podpora wewnętrzna - zostały wydrukowane z PLA z 75% wypełnieniem. Element pomiarowy został następnie przetestowany przy użyciu testu obciążenia statycznego.

"Ta kwadratowa struktura sprężyny zminimalizowała odchylenie elementu czujnikowego, umożliwiając ekspansję do zakresu działania" - podsumowują naukowcy. "Ten czujnik zaprojektowano w celu przezwyciężenia nieodłącznych problemów związanych z przewodzącymi polimerowymi elementami czujnikowymi za pomocą wewnętrznego obwodu kondycjonującego sygnał."