Исследовательская группа McAlpine на факультете машиностроения Университета Миннесоты опубликовала статью, демонстрирующую метод 3D-печати крошечных датчиков из нескольких материалов.
Электроника, используемая в устройствах, является растяжимой, размером с кончик человеческого пальца, и способна различать движения, обозначая их как начальный канал для будущей носимой электроники и бионической кожи.
3D-печать силиконового базового слоя датчика. Клип через Inside Science на YouTube
Чернила и процесс
Датчики, разработанные исследовательской группой McAlpine, напечатаны на 3D-принтере в 6 слоев с использованием 4 разных чернил. Это можно разбить следующим образом:
- Слой 1 - поддержка из чистого силикона
- Слой 2 - нижний электрод, напечатанный на 3D-принтере из силиконового композита, содержащего 75% серебра
- Слой 3. Токопроводящий штопорный датчик, напечатанный посередине силиконовыми составными чернилами, содержащими 68% серебра
- Слой 4 - Чистые силиконовые чернила для изоляции нижнего электрода от последующего верхнего электрода
- Слой 5 - Жертвенные чернила для поддержки верхнего электрода
- Слой 6 - Верхний электрод из композита 75% серебра/силикона
Каждый слой записывается непосредственно с помощью изготовленного на заказ 3D-принтера с четырьмя подвижными соплами на базе портальной системы AGS 1000 от Aerotech. Жертвенные чернила смывают водой, а остальные материалы оставляют сохнуть при комнатной температуре.
В результате получается электропроводящий материал с высоким уровнем растяжимости.
Механические испытания на растяжение материала сенсора. Закрепите дополнительные материалы для растяжимых тактильных датчиков, напечатанных на 3D-принтере
Производительность под давлением
Чтобы проверить функциональность материала в качестве датчика, устройства печатаются на 3D-принтере на человеческом запястье и кончике пальца. На запястье датчик используется для измерения пульса, а различные тесты кончиков пальцев демонстрируют способность устройства считывать давление, то есть нажатие кнопок или сгибание пальца.
Дальнейшее изучение красок и этого метода включает дальнейшую оптимизацию материалов; разработка устройств, способных считывать температуру; и «Платформы для 3D-печати с замкнутым контуром обратной связи для печати объектов в реальном времени на произвольных и движущихся подложках».
Конечным достижением будет возможность интегрировать такие датчики в кожу человека, что даст людям возможность считывать состояние тела в режиме реального времени.
3D-печатное стекло и другие исследования из Миннесоты
В сотрудничестве с Государственным университетом Оклахомы и Ливерморской национальной лабораторией им. Лоуренса Университет Миннесоты вносит свой вклад в исследования стеклянных линз, напечатанных на 3D-принтере. Другие проекты 3D-печати в университете, как сообщает 3D Printing Industry, включают исследования, в результате которых был создан цифровой пластырь для лечения сердечных заболеваний.
Полная статья о растяжимых тактильных датчиках, напечатанных на 3D-принтере, опубликована в Интернете в журнале Advanced Materials. Его соавторами являются Шуан-Чжуан Го, Кайян Цю, Фанбен Мэн, Сон Хён Пак и Майкл С. Макалпайн.
Избранное изображение: напечатанный на 3D-принтере датчик с центами вместо шкалы. Скриншот из дополнительных материалов, McAlpine Research Group