傳感器增材制造:綜述

來源：長三角G60激光聯(lián)盟

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

傳感器對于檢測環(huán)境變化和監(jiān)控各種系統(tǒng)至關重要，因此傳感器的開發(fā)和制造對現(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域，但用增材制造方法制造整個傳感器（包括外殼結構和傳感元件）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的傳感器的應用。重點介紹了限制完全3D打印傳感器發(fā)展的材料開發(fā)和工藝方面的關鍵問題。此外，還探討了增材制造傳感器在綠色技術中發(fā)揮的作用。本綜述有望讓研究人員全面了解用于生產各種應用傳感器的工藝和材料。

圖1全3D打印軟壓力傳感器

圖2開發(fā)電感式傳感器所采用的整個混合制造工藝示意圖

圖3采用自下而上方法進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多材料直接墨水書寫系統(tǒng)

圖6觸覺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通過增材制造技術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展示形狀和設計適應性的水凝膠-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試；(c)兩次測試中水擴散后第2支路的電阻變化；(d)電靈敏度測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測試芯片的制造過程（3DcC）

圖13基于智能手機的用戶界面進行信號檢測

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量汗液中Ca2 +、Na + 和 K + 水平（b）。

本綜述提供了有關全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)及其在綠色技術中的作用。重點介紹了幾種用于制造傳感器的增材制造技術。商用增材制造系統(tǒng)通常無法制造所需的傳感或傳感器外殼材料。因此，研究人員成功地進行了適當?shù)亩ㄖ�，以使用增材制造技術制造傳感器。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)化在傳感器開發(fā)中起著至關重要的作用。最后，還討論了傳感器在機械、生物醫(yī)學和化學方面的應用。過去幾年，有關混合3D打印傳感器的研究論文數(shù)量大幅增加。然而，這是一個找出為什么在大多數(shù)情況下無法完全3D打印傳感器的機會。解決正確的問題將為全3D打印傳感器打開大門。功能材料（可變形材料）的增材制造為傳感器領域帶來了許多研究機會。


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