3D打印用于电子和可穿戴设备的应变传感器

来源：广西增材制造协会

路易斯安那州立大学的论文学生奥斯汀史密斯在探索可穿戴电子产品传感器机制方面取得了成功。在“FDM 3D打印应变传感器的设计和制造”中，作者解释说，由于需要监控运动的柔性电子设备，可以快速创建价格合理的传感器。

大多数应变传感器研究都集中在灵敏度、弹性和实际制造上。在这里，史密斯试图开发一种方法，将多个传感器集成到一个设备中，使用提供强度和性能的材料和技术。两种不同尺寸的样品：I型，2000μm×200μm，II型，500μm×200μm，使Smith有更好的机会检查和评估原型。

基于Muth等人的嵌入式3D打印程序图

一旦创建，每个传感器包括：
嵌入式渠道（长短）
导电液
基质
“当施加外力时，通道变形，并且长通道的横截面积减小，而短通道的横截面积增加。结果，长通道的变形导致导电流体的横截面积减小。导电流体面积的这种变化减小了电流可以流过的路径的尺寸，从而增加了它的阻力，”史密斯说。

3D打印应变传感器设计的横截面视图。

应用过程中通道效应的工作原理。

由于电导率和相对无毒性，Galinstan流体被用于研究项目，Smith指出应变传感器模式适用于单轴应变。使用Ultimaker 3 3D打印机打印传感器，使用Ninja Flex Thermoplastic Polyurethane制造。总体而言，研究表明，通过FDM 3D打印可以创建一系列复杂的设计和传感器平台。

用于使用Ultimaker 3 3D打印机打印应变传感器的设置和参数。

“尽管如此，与应变偏移、应力积累和应力集中相关的问题是限制因素。 FDM工艺形成弹性基材的方式是使纤维交织并与施加的应变成一定角度，”作者总结道。“这减少了在这些纤维中引起永久变形和应变积累所需的应变。”

“这些观察与3D打印应变传感器的创建高度相关，因为层的图案化可以改变应变传感器的应变响应。总体而言，FDM 3D打印已被证明具有作为简单且经济高效地制造柔性应变传感器的方法的潜力。”

随着3D打印和电子产品在如今的无数创新中不断相互配合，传感器也成为许多不同应用的热门焦点，从嵌入式组件到生物医学传感器再到光纤。