劉海 李娜 程繼紅 楊繼全 曹國華 南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院/江蘇省三維打印裝備與制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

基于三維打印的柔性傳感器的壓力檢測(cè)模型及其實(shí)驗(yàn)

劉海 李娜 程繼紅 楊繼全 曹國華 南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院/江蘇省三維打印裝備與制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

近幾年隨著三維打印技術(shù)的不斷發(fā)展，電子儀器等領(lǐng)域也開始進(jìn)行三維打印制造技術(shù)的嘗試。本文提出了三維成型柔性傳感器的傳感器建模并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

柔性傳感器 三維成型 檢測(cè)模型

這幾年隨著機(jī)器人術(shù)的不斷普及,各種柔性傳感器應(yīng)運(yùn)而生。但柔性傳感器大都使用傳統(tǒng)的工藝和結(jié)構(gòu)，無法實(shí)現(xiàn)柔性傳感器性能的可控性改善。為此，本文提出一種基于三維打印成型的柔性傳感器，并對(duì)其檢測(cè)模型進(jìn)行研究。

1 柔性傳感器的組成

柔性傳感器的成型步驟主要包括材料的制備以及設(shè)備的噴射成型。材料的制作步驟如下：

將PDMS前聚物與固化劑按質(zhì)量比10：1混合，攪拌混合均勻后，放入真空箱中進(jìn)行脫泡處理；利用表面活性劑對(duì)PDMS進(jìn)行處理，完成襯底的制作；將鎳粉與混合好的PDMS溶液按照3．5：1的比例相融合，攪拌至均勻，再進(jìn)行真空脫泡處理，完成中間導(dǎo)電橡膠層的制作。打印步驟如下：?jiǎn)?dòng)設(shè)備，初始化設(shè)置，完成噴頭的清洗；將建模完成的柔性傳感器的三維模型送入上位機(jī)，上位機(jī)經(jīng)過處理轉(zhuǎn)變成下位機(jī)的控制信號(hào)，進(jìn)行噴射打?。淮蛴⊥瓿珊?，將打印品送到烘干箱進(jìn)行烘干處理，形成最終的成品件。

2 用于柔性傳感器檢測(cè)的數(shù)學(xué)模型

在測(cè)試的過程中，假設(shè)導(dǎo)電橡膠處于理想條件下，并由此推導(dǎo)出柔性傳感器的檢測(cè)模型導(dǎo)電橡膠的理想條件如下：①當(dāng)外力作用時(shí)，假定導(dǎo)電橡膠受力和電阻成線性關(guān)系；②忽略高分子材料性質(zhì)中的滯后現(xiàn)象。

由實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)最終可得

顯然，本文設(shè)計(jì)的柔性傳感器適用于常規(guī)的檢測(cè)環(huán)境，能實(shí)時(shí)監(jiān)控作用于傳感器的壓力。

3 結(jié)論

本文基于三維打印技術(shù)，設(shè)計(jì)出一種可用于檢測(cè)壓力的陣列式柔性傳感器，解決了打印過程中的材料、設(shè)備等問題，提出壓力檢測(cè)的模型，適用于常規(guī)環(huán)境的檢測(cè)與監(jiān)控。

[1]劉揚(yáng)，汪勝祥．三維柔性超常材料的研究進(jìn)展［J］．硅谷，2013，6(10):5－6

[2]陳萌.柔性觸覺傳感單元制備及測(cè)試［D］．太原:中北大學(xué)，2015

[3]呂曉洲．用于電子皮膚的新型壓力傳感器的研究［D］．上海:東華大學(xué)，2012

本課題來源于國家自然基金“基于數(shù)字化微滴噴射工藝的異質(zhì)材料零件直接制造基礎(chǔ)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：61273243）；江蘇省高校自然科學(xué)基金“微噴三維打印導(dǎo)電銀漿成型基礎(chǔ)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：15KJB510018）。