傳感器增材制造:綜述

來(lái)源：長(zhǎng)三角G60激光聯(lián)盟

美國(guó)阿克倫大學(xué)的科研人員綜述了傳感器增材制造的研究。相關(guān)論文以“Additive Manufacturing of Sensors: A Comprehensive Review”為題發(fā)表在《International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology》上。

傳感器對(duì)于檢測(cè)環(huán)境變化和監(jiān)控各種系統(tǒng)至關(guān)重要，因此傳感器的開(kāi)發(fā)和制造對(duì)現(xiàn)代工程具有重要意義。傳統(tǒng)制造是制造傳感器最常用的方法，而增材制造（俗稱(chēng)3D打�。┳鳛橐环N高效的替代方法，已逐漸受到人們的青睞。雖然增材制造傳感器適用于許多工程領(lǐng)域，但用增材制造方法制造整個(gè)傳感器（包括外殼結(jié)構(gòu)和傳感元件）仍然具有挑戰(zhàn)性。本文全面分析了增材制造工藝、材料以及全部或部分采用增材制造工藝生產(chǎn)的傳感器的應(yīng)用。重點(diǎn)介紹了限制完全3D打印傳感器發(fā)展的材料開(kāi)發(fā)和工藝方面的關(guān)鍵問(wèn)題。此外，還探討了增材制造傳感器在綠色技術(shù)中發(fā)揮的作用。本綜述有望讓研究人員全面了解用于生產(chǎn)各種應(yīng)用傳感器的工藝和材料。

圖1全3D打印軟壓力傳感器

圖2開(kāi)發(fā)電感式傳感器所采用的整個(gè)混合制造工藝示意圖

圖3采用自下而上方法進(jìn)行大桶光聚合的裝置示意圖

圖4材料擠壓工藝示意圖

圖5多材料直接墨水書(shū)寫(xiě)系統(tǒng)

圖6觸覺(jué)傳感器增材制造工藝概覽，突出玻璃基板上的分層組成（a、b、c）和順序步驟（d）

圖7通過(guò)增材制造技術(shù)制造的可穿戴傳感器的尺寸、靈活性和示意圖

圖8硅傳感器與微流控裝置的集成。(a)內(nèi)置多孔硅（Psi）傳感器的3D打印微流控裝置；(b)裝置橫截面各層示意圖

圖9展示形狀和設(shè)計(jì)適應(yīng)性的水凝膠-彈性體增材制造裝置示意圖

圖10基于40%PEGDA水凝膠的液體傳感器(a)傳感器電路圖；(b)4 µL 吸水后的電靈敏度測(cè)試；(c)兩次測(cè)試中水?dāng)U散后第2支路的電阻變化；(d)電靈敏度測(cè)試期間所有支路的電阻變化

圖11 pH值敏感水凝膠的增材制造

圖12 3D打印COVID-19測(cè)試芯片的制造過(guò)程（3DcC）

圖13基于智能手機(jī)的用戶(hù)界面進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)

圖14圖示生物電貼片的組件（a）和使用貼在前臂上的生物電貼片測(cè)量汗液中Ca2 +、Na + 和 K + 水平（b）。

本綜述提供了有關(guān)全3D打印傳感器和混合3D打印傳感器的信息，討論了制造傳感器的挑戰(zhàn)及其在綠色技術(shù)中的作用。重點(diǎn)介紹了幾種用于制造傳感器的增材制造技術(shù)。商用增材制造系統(tǒng)通常無(wú)法制造所需的傳感或傳感器外殼材料。因此，研究人員成功地進(jìn)行了適當(dāng)?shù)亩ㄖ�，以使用增材制造技術(shù)制造傳感器。然而，商用增材制造系統(tǒng)被廣泛用于混合制造傳感器。有多種材料被用于制造傳感器（傳感材料和外殼），包括水凝膠、光聚合物、聚合物、金屬和陶瓷。材料優(yōu)化在傳感器開(kāi)發(fā)中起著至關(guān)重要的作用。最后，還討論了傳感器在機(jī)械、生物醫(yī)學(xué)和化學(xué)方面的應(yīng)用。過(guò)去幾年，有關(guān)混合3D打印傳感器的研究論文數(shù)量大幅增加。然而，這是一個(gè)找出為什么在大多數(shù)情況下無(wú)法完全3D打印傳感器的機(jī)會(huì)。解決正確的問(wèn)題將為全3D打印傳感器打開(kāi)大門(mén)。功能材料（可變形材料）的增材制造為傳感器領(lǐng)域帶來(lái)了許多研究機(jī)會(huì)。


論文鏈接：
Hossain, M.J., Tabatabaei, B.T., Kiki, M. et al. Additive Manufacturing of Sensors: A Comprehensive Review. Int. J. of Precis. Eng. and Manuf.-Green Tech. (2024). https://doi.org/10.1007/s40684-024-00629-5