3d打印傳感器：3D打印傳感器
NASA將3D打印傳感器
3D打印 在現(xiàn)代世界中已成為真正的游戲改變者。它使得制造各種物體成為可能，而不受大型生產(chǎn)線的支配。甚至可以在某種程度上3D打印食物。2019年2月18日，南極熊從外媒獲悉，由美國(guó)國(guó)家航空航天局資助的研究人員將應(yīng)用這種技術(shù)和制造方法來(lái)打印傳感器，甚至在一塊不超過(guò)手機(jī)的單板上進(jìn)行無(wú)線通信的部分電路。
地球和太空科學(xué)家使用的多傳感器平臺(tái)傳統(tǒng)上就像今天的任何電子產(chǎn)品一...
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2019-02-18
3d打印傳感器：3D打印傳感器_1
物聯(lián)網(wǎng)(IoT)被譽(yù)為我們技術(shù)發(fā)展的下一個(gè)重大步驟之一，愿景有點(diǎn)烏托邦式：系統(tǒng)收集信息，然后在超連接網(wǎng)絡(luò)中快速傳遞信息，并使用這些數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)見(jiàn)解并采取行動(dòng)，以改善我們的日常生活。通過(guò)提高設(shè)備效率，優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施和交通等領(lǐng)域，幫助廢物管理和個(gè)人健康，它可以節(jié)省更多能源。
物聯(lián)網(wǎng)的功能是許多因素的結(jié)果，但是要考慮的一個(gè)基本方面是將用于在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中收集數(shù)據(jù)的傳感技術(shù)。我們不僅必須考慮這些傳感器的強(qiáng)度和功率，而且還必須考慮如何創(chuàng)建如此大量的設(shè)備，以便充分跟蹤世界上產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。3D打印技術(shù)和納米材料的使用正是在這里發(fā)揮作用的。當(dāng)一起使用時(shí)，它們可以幫助創(chuàng)建我們?cè)O(shè)想的無(wú)縫，強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)。
3D打印的優(yōu)勢(shì) 3D打印是一項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù)，具有在科學(xué)，工業(yè)甚至日常環(huán)境中提供巨大價(jià)值的潛力。可以切實(shí)看到用于創(chuàng)建和批量生產(chǎn)大量IoT傳感器的技術(shù)。至少，增材制造工藝可以幫助設(shè)計(jì)傳感器電子部件的最佳外殼。由于此過(guò)程，您無(wú)需從頭開(kāi)始即可輕松修改或向機(jī)箱添加新功能。隨著傳感器的發(fā)展和形式或功能的改變，這種靈活性肯定會(huì)受益于傳感器的創(chuàng)建。 但是3D打印電子組件令人振奮的發(fā)展將真正釋放強(qiáng)大而功能強(qiáng)大的IoT傳感器的大規(guī)模生產(chǎn)。導(dǎo)電墨水的使用-一種用于3D打印的墨水，其中注入了銅，銀和金等導(dǎo)電材料-不僅使我們能夠方便地打印電子產(chǎn)品，而且還消除了傳統(tǒng)2D電路板的限制。通過(guò)創(chuàng)建可以采用多種不同形狀或尺寸的三維電路板，我們將能夠構(gòu)建更多用途的設(shè)備陣列。重要的是，這可以鞏固和加速物聯(lián)網(wǎng)傳感器的創(chuàng)建。發(fā)揮納米材料的作用 除了諸如導(dǎo)電墨水之類(lèi)的3D打印傳感器的發(fā)展之外，我們還可以轉(zhuǎn)向納米材料，這種材料因其高功能而經(jīng)常被引用。特別地，石墨烯被認(rèn)為是傳感器的理想材料：它耐用，靈活，導(dǎo)電性強(qiáng)，并且可以通過(guò)溫度，光，壓力等因素檢測(cè)環(huán)境變化，甚至可以感知化學(xué)變化。大量研究已投入到釋放石墨烯的功能中，其在傳感器中的使用可以幫助為物聯(lián)網(wǎng)提供準(zhǔn)確的信息。 這意味著它可以滿足IoT傳感器的內(nèi)部和外部需求(即創(chuàng)建堅(jiān)固，有彈性的外殼和功能強(qiáng)大的電子零件)。看到3D打印在實(shí)現(xiàn)更大范圍的傳感器創(chuàng)建方面將發(fā)揮怎樣的作用，可以認(rèn)為將這一過(guò)程與石墨烯配對(duì)將極大地提升IoT系統(tǒng)的功能。
物聯(lián)網(wǎng)傳感器為了能夠?qū)ζ渲車(chē)沫h(huán)境提供準(zhǔn)確的測(cè)量，其強(qiáng)度必須足以承受雨雪等惡劣條件，或者在某些工業(yè)情況下，必須具有足夠的強(qiáng)度以承受來(lái)自海洋應(yīng)用的極端熱量甚至鹽分侵蝕。對(duì)于更傳統(tǒng)的金屬和材料，這些元素可能會(huì)在技術(shù)上迅速磨損，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，從而破壞物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。不斷更換傳感器，使耐用的納米材料成為制造傳感器的理想基礎(chǔ)，效率也非常低下。 但是要克服的另一個(gè)障礙是圍繞運(yùn)行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所需的大量傳感器。市場(chǎng)研究人員估計(jì)，當(dāng)今世界已經(jīng)有超過(guò)200億個(gè)互聯(lián)設(shè)備，而且隨著我們技術(shù)的進(jìn)步和尋求實(shí)現(xiàn)真正的IoT的情況下，這個(gè)數(shù)字只會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。大量的設(shè)備轉(zhuǎn)化為同樣大量的傳感器，而使先進(jìn)的，基于納米材料的傳感技術(shù)得以廣泛使用是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)性工作，尤其是在過(guò)去證明了大規(guī)模生產(chǎn)納米材料(如石墨烯)時(shí)非常困難。另外，即使基于納米材料的傳感器具有如此的能力，實(shí)現(xiàn)如此多的傳感器的成本也可能會(huì)在尋求這種原因方面造成許多停頓。
過(guò)去一直難以生產(chǎn)的“奇妙材料”石墨烯最近已經(jīng)看到了潛在的突破，將使科學(xué)家能夠創(chuàng)造出更大的數(shù)量，這在3D打印IoT傳感器的情況下意味著打印機(jī)可以很好地使用很多材料用。
科學(xué)家最近還對(duì)使用石墨烯的3D打印對(duì)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，這可能被證明是解鎖用于IoT的基于納米材料的傳感器的最終關(guān)鍵。中國(guó)的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種利用虛擬2D材料通過(guò)使用氧化石墨烯墨水來(lái)創(chuàng)建3D對(duì)象的方法，并且已經(jīng)成功地使用納米材料來(lái)創(chuàng)建微型超級(jí)電容器。
中國(guó)3D打印網(wǎng)點(diǎn)評(píng)：
可以說(shuō)，如果石墨烯墨水可用于3D打印電池，傳感器技術(shù)也不會(huì)落后很多。例如，石墨烯已用于3D打印受到生物啟發(fā)的纖毛傳感器，該傳感器模仿自然界中生物如何感知周?chē)h(huán)境。與印刷傳感器技術(shù)的其他發(fā)展(例如與可穿戴設(shè)備的集成)相結(jié)合，科學(xué)界已朝著使批量生產(chǎn)基于納米材料的傳感器的過(guò)程發(fā)展，使其更實(shí)惠的方向邁出了重要一步。
在討論物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的驚人可能性時(shí)，傳感技術(shù)的發(fā)展以及克服在其創(chuàng)建和實(shí)施過(guò)程中遇到的各種障礙的需求似乎已成為人們關(guān)注的問(wèn)題。但是，盡管存在這些挑戰(zhàn)，但物聯(lián)網(wǎng)有望在2020年成為主流。而且，從3D打印和用于傳感器的納米技術(shù)的發(fā)展軌跡來(lái)看，很明顯，我們正在逐步實(shí)現(xiàn)基于傳感器的無(wú)縫物聯(lián)網(wǎng)。
3d打印傳感器：3D打印傳感器的優(yōu)勢(shì)_3D打印傳感器的類(lèi)型
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3d打印傳感器：3D打印傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)挑戰(zhàn)
3D打印機(jī)和傳感器背后的技術(shù)在過(guò)去幾年中分別經(jīng)歷了可觀的增長(zhǎng)和進(jìn)步。但隨著這兩種技術(shù)的整合，創(chuàng)造出優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，要面臨的挑戰(zhàn)也不少。
傳感器3D打印概述
在過(guò)去的幾年中，增材制造（AM）（通常稱(chēng)為3D打印）已經(jīng)改變了許多工業(yè)和學(xué)術(shù)應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的制造工藝，通過(guò)使用該技術(shù)，用戶能夠以更快的速度生產(chǎn)幾何形狀復(fù)雜的零件。
當(dāng)用于傳感器的制造時(shí)，3D打印具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括較低的成本，快速的制造速度和高精度。除了具有固有地打印整個(gè)傳感器的功能外，還可以在制造過(guò)程中的任何時(shí)候開(kāi)始或停止3D打印，從而使用戶可以輕松地將傳感器嵌入到已打印的結(jié)構(gòu)中。
3D打印傳感器的優(yōu)勢(shì)
3D打印機(jī)的成功之處在于其傳感器的多重優(yōu)勢(shì)以及其增材制造和容納制造，這提供了獨(dú)特的傳感器創(chuàng)建范圍。3D打印傳感器顯示了3D打印技術(shù)的廣泛勝利——打印足夠的傳感器的能力擴(kuò)大了更多的傳感器可用性及應(yīng)用范圍。
首先，使用3D打印機(jī)創(chuàng)建傳感器的先天優(yōu)勢(shì)是，它能夠通過(guò)連接到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備一起印刷，生產(chǎn)。在接口板或萬(wàn)用表的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中集成傳感器，消除了對(duì)額外成本和資源的需求。
其次，3D打印機(jī)創(chuàng)建傳感器更快。
大型公司通常使用3D打印來(lái)創(chuàng)建原型。當(dāng)3D打印機(jī)在產(chǎn)品最終制造之前構(gòu)建原型時(shí)，該過(guò)程稱(chēng)為快速原型制作。這包括使用三維計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)快速實(shí)現(xiàn)對(duì)象的比例模型或物理零件集合的一組技術(shù)。此外，3D打印機(jī)還可以直接從一個(gè)來(lái)源生成多功能的對(duì)象和設(shè)備，從而有效地節(jié)省了時(shí)間，減少了材料浪費(fèi)并減少了過(guò)多的機(jī)械使用。有一些具有成本效益的3D打印機(jī)可以使此過(guò)程更容易實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而，這種可訪問(wèn)性也有機(jī)會(huì)使3D打印傳感器的應(yīng)用范圍更廣。
還有，如果企業(yè)可以應(yīng)用3D打印技術(shù)，尤其是在傳感器等設(shè)備上，則可以提供創(chuàng)造性的選項(xiàng)來(lái)定制公司產(chǎn)品。隨著3D打印機(jī)的生產(chǎn)能力的擴(kuò)展和其技術(shù)的日益普及，對(duì)打印技術(shù)和材料的需求也不斷增加，這些材料和材料可以打印諸如電子傳感器之類(lèi)的實(shí)用且有用的設(shè)備。
最后，如果公司開(kāi)始在其產(chǎn)品中生產(chǎn)嵌入式傳感器，則他們可以系統(tǒng)且有效地獲取客戶反饋。例如，傳感器可以檢測(cè)人們對(duì)其產(chǎn)品的切實(shí)互動(dòng)。因此，這些傳感器可以監(jiān)視和破譯客戶的滿意或不滿意。3D打印傳感器還易于連接，不需要任何復(fù)雜的電路，因此這些3D打印傳感器可以被現(xiàn)有的開(kāi)源設(shè)備查看，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)傳感器與與客戶互動(dòng)。
3D打印傳感器的類(lèi)型及發(fā)展情況
3D打印技術(shù)已成功集成到多種類(lèi)型的傳感器的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)和制造中，包括力，應(yīng)變，壓力，觸覺(jué)，位移，電磁，腦電圖（EEG），聲學(xué)，光學(xué)，超聲和生物傳感器。
力傳感器
力傳感器通過(guò)測(cè)量作為內(nèi)部結(jié)構(gòu)元素的撓曲的位移或應(yīng)變并將這些施加的力轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)來(lái)發(fā)揮作用。力傳感器通常由三部分組成：彎曲，傳感器及其包裝。
由于力傳感器必須能夠感測(cè)多個(gè)方向的扭矩，因此這些設(shè)備的傳統(tǒng)制造經(jīng)常需要將多個(gè)傳統(tǒng)傳感器耦合在一起的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
結(jié)果，通用商業(yè)力傳感器要么非常笨重，要么實(shí)用性有限。通過(guò)3D打印技術(shù)生產(chǎn)的力傳感器價(jià)格便宜，易于定制，并且可以以更快的速度生產(chǎn)。
實(shí)際上，3D打印使用戶可以為特殊應(yīng)用（例如醫(yī)療設(shè)備，汽車(chē)部件，樂(lè)器，機(jī)器人和計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備）定制力傳感器的配置。
光學(xué)傳感器
將3D打印技術(shù)結(jié)合到光學(xué)傳感器生產(chǎn)中的主要優(yōu)勢(shì)之一是能夠?qū)⑦@些傳感器的所有組件（例如鏡子和透鏡）減少到一個(gè)簡(jiǎn)單的打印樣本中。
最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)成功地創(chuàng)建了一種輕巧且便宜的光纖振動(dòng)傳感器，該傳感器專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于大功率電機(jī)。在他們的工作中，傳感機(jī)制是通過(guò)一個(gè)刀片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該刀片已連接到可彎曲的薄膜上，該葉片可調(diào)節(jié)光強(qiáng)度。
腦電傳感器
腦電圖（EEG）是神經(jīng)科醫(yī)生用來(lái)評(píng)估患者大腦電活動(dòng)的有價(jià)值的診斷工具。EEG技術(shù)的最新進(jìn)展已使這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)以支持癲癇診斷和中風(fēng)康復(fù)的可穿戴設(shè)備的形式在臨床環(huán)境之外使用。
盡管取得了這一進(jìn)展，但可穿戴式EEG暴露于濕氣中仍會(huì)被破壞，并且還具有其他局限性，例如刺激皮膚的侵入性電極和長(zhǎng)期穩(wěn)定性差。
為了克服這些挑戰(zhàn)并提高傳感器性能，曼徹斯特大學(xué)最近開(kāi)展的工作發(fā)現(xiàn)3D打印機(jī)可以成功制造出本底噪聲較高的干式EEG電極，并且也不需要使用導(dǎo)電膠。
與標(biāo)準(zhǔn)濕式電極相比，這些科學(xué)家進(jìn)行的工作發(fā)現(xiàn)，他們的3D打印電極生產(chǎn)成本低廉，并且可以輕松進(jìn)行優(yōu)化以滿足每個(gè)用戶的需求。
未來(lái)的挑戰(zhàn)
3D打印傳感器只是通過(guò)3D打印技術(shù)輕松創(chuàng)建的眾多復(fù)雜設(shè)備中的一部分。盡管3D打印傳感器領(lǐng)域前景大好，但該行業(yè)內(nèi)仍然存在著巨大的挑戰(zhàn)，并限制了未來(lái)的傳感器生產(chǎn)。
各種類(lèi)型的材料可以用于不同的3D打印方法。但是，每種3D打印技術(shù)顯然都限制了可用于制造給定傳感器的材料類(lèi)型。不幸的是，即將研究出理想的打印方法，但與各種特定材料不兼容，也會(huì)直接限制打印傳感器的性能和可靠性。
除了可用的材料外，還缺乏有關(guān)3D打印傳感器的耐用性和整個(gè)生命周期的信息。盡管這一挑戰(zhàn)很大程度上歸因于這些傳感器的新穎性，但未來(lái)的工作必須考慮每個(gè)生產(chǎn)步驟如何有助于縮短打印傳感器的使用壽命。3D打印在傳感器生命周期中的作用還將決定該技術(shù)是否有助于增加還是解決電子廢物。
