3D打印仿生在線智能監(jiān)測技術(shù)

作者： 趙洪炯，魯中良

對重大裝備的服役狀態(tài)進行在線監(jiān)測是保障安全生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。而面向設備狀態(tài)數(shù)據(jù)感知與獲取的高性能傳感器是制約這一領域發(fā)展的瓶頸。但由于傳統(tǒng)應變傳感器難以滿足復雜環(huán)境、高可靠、多數(shù)據(jù)融合的問題，目前工程中一般采用定期離線式檢測手段獲得設備的健康狀態(tài)，尚不能實現(xiàn)對設備安全狀態(tài)的實時快速決策。作為醫(yī)療監(jiān)測、人機界面和軟機器人的重要平臺，電子皮膚已被廣泛研究。然而，在柔性襯底上無掩模地形成圖案化活性材料而不涉及高成本和復雜的工藝仍然是開發(fā)電子皮膚的巨大挑戰(zhàn)。
華東理工大學機械與動力工程學院軒福貞教授通過激光直寫（LDW）技術(shù)直接將柔性襯底轉(zhuǎn)化為傳感材料，成功制備了基于SiC的應變傳感器陣列，其創(chuàng)新之處在于利用激光的定域加熱作用，將柔性襯底直接轉(zhuǎn)化為傳感材料，同時配以激光直寫路徑規(guī)劃，制備出基于SiC的傳感陣列。與現(xiàn)有的半導體工藝相比，此方法具有制備工藝簡單、成本低，與柔性襯底兼容的特點。

  

圖1成型原理及成型樣品

柔性襯底上活性材料的直接合成技術(shù)得益于LDW誘導的硅氧烷向SiC的轉(zhuǎn)化。在0.8W的激光功率和1.25 mm/s的掃描速度下成型的SiC傳感器件具有最高約為2.47×105的靈敏度。當它安裝在人體皮膚上時，能夠監(jiān)測外部刺激和人體的健康狀況。通過一種具有3×3 SiC觸覺傳感器陣列的LDW器件，進一步證明了其在電子皮膚中的潛在應用。

圖2 在線監(jiān)測實驗

參考文獻
Gao Y, Li Q, Wu R, et al. Laser Direct Writing of Ultrahigh Sensitive SiC‐Based Strain Sensor Arrays on Elastomer toward Electronic Skins[J]. Advanced Functional Materials, 2019: 1806786.

供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室