ابحث عن سريعة وموثوقة مطبوع سلالة أجهزة القياس؟

1. مقاييس الانفعال المطبوعة حسب الطلب

تلعب مقاييس الانفعال دورًا محوريًا في مراقبة الهياكل، والتكنولوجيا القابلة للارتداء، والروبوتات، والإلكترونيات المرنة. ورغم شيوع استخدام مقاييس الانفعال التقليدية، إلا أنها تُقيّدها ركائز صلبة، وعمليات تجميع معقدة، ونقص في التخصيص. تُمكّن التطورات في الإلكترونيات المطبوعة - وخاصةً أحبار الجسيمات النانوية الموصلة - من ظهور فئة جديدة من مستشعرات الانفعال المُصنّعة رقميًا، والتي تتميز بخفة الوزن والمرونة وإمكانية استخدامها في تطبيقات محددة.

يستعرض هذا الكتاب الأبيض تطوير واعتماد مقاييس الانفعال المطبوعة باستخدام أحبار الجسيمات النانوية الفضية من نوفاسنتريكس. ويُسلّط الضوء على بعض الدراسات الأكاديمية:

 

 

1. اثنان من جامعة لويزفيل (المرجع 1, المرجع 2) إظهار الطباعة النفاثة بالهباء الجوي (AJP) من مقاييس الانفعال باستخدام حبر JS-A426، بما في ذلك تصميم المقياس، وتحسين التلبيد، وقياس عامل المقياس.
2. واحدة من جامعة تكساس في سان أنطونيو (المرجع 3) باستخدام حبر JS-A102A وآخر من جامعة نوفي ساد (المرجع 4) باستخدام JS-B25HV وJS-B15P مع الطباعة بالحبر النفاث (عند الطلب) لتصنيع أجهزة استشعار متنوعة هندسيًا بسرعة في تمريرة واحدة.
3. تظهر دراستان إضافيتان تطبيقات في العالم الحقيقي: روبوت دلتا مع استشعار إجهاد مدمج باستخدام جيه إس-بي25 بي (المرجع 5) وجلد ملموس للاستشعار الآلي باستخدام شبيبة- A426 (المرجع 6).

تُظهر هذه الدراسات معًا كيف تدعم أحبار NovaCentrix النماذج الأولية السريعة وتصميم المستشعر القابل للتخصيص والأداء التنافسي مع المقاييس التجارية عبر منصات الطباعة المتعددة.

2. مقدمة وخلفية

مقاييس الانفعال أدوات أساسية لقياس التشوه الميكانيكي في الهياكل والمواد. تعمل هذه المقاييس وفقًا لمبدأ بسيط: عند تمدد عنصر موصل أو ضغطه، يتغير شكله الهندسي، مما يؤدي إلى تغير مقاومته الكهربائية. يمكن قياس هذا التغير في المقاومة لتحديد الانفعال.

تعتبر مقاييس الانفعال التقليدية، والتي تتكون عادة من رقائق معدنية محفورة ملتصقة بدعامة من البوليمر، فعالة ولكنها تعاني من قيود رئيسية: الاعتماد على الركيزة الصلبة، والتركيب اللاصق، والتصنيع والتجميع المعقد، وحرية التصميم المحدودة.

تُمثل الإلكترونيات المطبوعة فرصةً ثورية. فمن خلال نمذجة الأحبار الموصلة رقميًا مباشرةً على ركائز مرنة، أصبح من الممكن الآن تخصيص هندسة المستشعر على مستوى البرمجيات، والطباعة على أسطح منحنية أو ناعمة، وتكرار التصاميم بسرعة.

تقدم نوفاسنتريكس مجموعة من أحبار الجسيمات النانوية المعدنية، بما في ذلك أنظمة الفضة والنحاس والسبائك، مصممة خصيصًا لمنصات طباعة محددة. صُممت أحبارها لتلبية المتطلبات الصارمة لطباعة الإلكترونيات.

3. أحبار NovaCentrix لمقاييس الانفعال

أحبار نوفاسنتريكس الموصلة مصممة للترسيب الرقمي ومعالجة ما بعد الطباعة، مما يدعم التصنيع المتقدم للمستشعرات المطبوعة. وقد تم التحقق من صحة استخدام العديد من أحبار الجسيمات النانوية الفضية من نوفاسنتريكس في أبحاث أكاديمية في تطبيقات قياس الانفعال.

• شبيبة- A426: حبر فضي مُحسَّن بتقنية AJP للطباعة بخطوط دقيقة على ركائز مرنة.
• JS-A102A، JS-B25P، JS-B25HV وJS-B15P: حبر فضي مُحسَّن لطابعات نفث الحبر للنماذج الأولية السريعة.

4. دراسات الحالة: مقاييس الانفعال المطبوعة باستخدام أحبار NovaCentrix

4.1 JS-A426 عبر الطباعة النفاثة بالهباء الجوي (جامعة لويزفيل)

أظهرت دراستان من جامعة لويزفيل استخدام JS-A426 مع الطباعة النفاثة للهباء الجوي لتصنيع مقاييس الانفعال المخصصة على Kapton.

كما قدم المتابعة لعام 2023 نموذجًا للتنبؤ بالموصلية يعتمد على ظروف التلبيد، مما أدى إلى تحسين التحكم في العملية للركائز المتنوعة.

4.1.2 JS-A426 للاستشعار اللمسي على الركائز المرنة

وسّع هذا العمل نطاق استخدام JS-A426 لتصنيع مستشعر لمس متعدد الاتجاهات مُدمج في مادة PDMS لجلود الروبوتات. باستخدام نمط نجمي وتغليف، حقق المستشعر أداءً قويًا تحت 5000 دورة مع معامل قياس يبلغ حوالي 1.85، مما يُظهر قابليته للاستخدام في بيئات الروبوتات الديناميكية.

4.2 JS-A102A عبر تقنية Inkjet Drop-on-Demand (جامعة تكساس في سان أنطونيو)

استخدمت هذه الدراسة JS-A102A مع طابعة نفث الحبر Dimatix DOD لاستكشاف إمكانية تصنيع المستشعرات بسرعة. طُبعت أشكال هندسية متعددة على Kapton، محققةً مقاومة تتراوح بين 2.3 و7.2 أوم بعد التلبيد عند 50 درجة مئوية و150 درجة مئوية بالتتابع. أظهر هذا النهج سرعة في الإنتاج واتساقًا، وهو مثالي لإنشاء نماذج أولية لمستشعرات الانفعال في تصميمات متنوعة.

4.3 JS-B25HV وJS-B15P عبر الطباعة النافثة للحبر (جامعة نوفي ساد)

قارن الباحثون أداء أحبار JS-B25HV وJS-B15P المطبوعة باستخدام أنظمة نفث الحبر الاحترافية والمكتبية. على البولي إيميد والبولي إيثيلين تيرفثالات (PET)، حققت المستشعرات قيم GF تتراوح بين 1.58 و2.03، وذلك حسب الحبر والركيزة وعدد الطبقات. كانت المتانة والثبات جيدين على المدى القصير، مع انحراف طفيف في المقاومة لأكثر من شهرين.

5. تطبيق عملي: مقاييس الانفعال المطبوعة في روبوت دلتا قائم على الأوريجامي

قام فريق من جامعة إسطنبول التقنية بدمج مقاييس إجهاد مطبوعة باستخدام JS-B25P في روبوت دلتا قابل للطي. طُبعت المستشعرات على مادة PET، ودُمجت في وصلات أوريغامي لقياس الزوايا. وقد نجحت في تتبع الحركة من 0° إلى 90° عبر تغير المقاومة، مما أتاح تغذية راجعة تناظرية للتحكم في حلقة مغلقة في أنظمة روبوتية خفيفة الوزن.

6. تطبيق عملي: JS-A426 للاستشعار اللمسي في جلود الروبوتات

طُبع مقياس إجهاد نجمي الشكل باستخدام JS-A426 على مادة كابتون مرنة، ثُمّ ثُبّت في مادة PDMS ليعمل كمستشعر لمس للجلد. صُمم المستشعر لحساسية شاملة الاتجاهات، وحقق استجابة خطية وقابلة للتكرار عند المدخلات الجيبية والمتدرجة. أظهر المستشعر متانة ممتازة وقدرة على تكامل الأنظمة في الروبوتات اللينة.

7. ملخص وتوقعات

من خلال مجموعة متنوعة من الدراسات البحثية الأكاديمية والتطبيقية، أثبتت أحبار جسيمات الفضة النانوية من NovaCentrix فعاليتها في تصنيع مقاييس إجهاد مرنة وعالية الأداء باستخدام طرق طباعة رقمية متعددة. من نفث الهباء الجوي إلى نفث الحبر، ومن Kapton إلى PET، أظهرت هذه الأحبار موصلية موثوقة، وقيمًا متكررة لمعامل القياس تتراوح بين 1.7 و2.0، وإمكانية دمجها في أنظمة الروبوتات العملية وأجهزة الاستشعار اللمسية.

إن القدرة على تخصيص الهندسة، والطباعة مباشرة على ركائز مرنة، واستخدام أنظمة طباعة منخفضة التكلفة تجعل هذه الأحبار جذابة للنماذج الأولية السريعة والإنتاج ومجالات التطبيق الجديدة مثل الروبوتات الناعمة، والأجهزة القابلة للارتداء، ومراقبة الصحة الهيكلية.

وتشمل الاتجاهات المستقبلية ما يلي:

• استخدام التلبيد الفوتوني (على سبيل المثال، PulseForge) لتطبيقات الميزانية الحرارية المنخفضة للغاية.
• دمج أجهزة استشعار الضغط مع وظائف إضافية (على سبيل المثال، درجة الحرارة، والضغط).
• تطوير مكتبات من هندسة أجهزة الاستشعار المعتمدة لتسريع نشرها في إعدادات OEM والبحث.

تتيح مجموعة المواد المتوسعة من NovaCentrix ودعم النظام البيئي الانتقال بسرعة من الابتكار على نطاق المختبر إلى التصنيع القابل للتطوير.

8. المراجع

1. راتناياكي وآخرون، IEEE FLEPS، 2021
2. راتناياكي وآخرون، IEEE JFlex، 2023
3. ديبون وآخرون، الكهرباء الحديدية، 2023
4. زليبيتش وآخرون، الإلكترونيات والطاقة، 2016
5. كالافات، مجلة العلوم والهندسة الحثية، 2022
6. أولوو وآخرون، مجلة معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات للإلكترونيات المرنة، 2023

حقوق الصور

مصدر الصورة: رسم توضيحي لمقياس الإجهاد ، مستخدم بموجب ترخيص CC BY-SA 2.5.

↑ العودة إلى الأعلى