1. Προσαρμοσμένα τυπωμένα τεντωτήρες
Τα τενοντόμετρα διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην παρακολούθηση δομών, την τεχνολογία που φοριέται, τη ρομποτική και τα εύκαμπτα ηλεκτρονικά. Τα παραδοσιακά τενοντόμετρα, αν και χρησιμοποιούνται ευρέως, περιορίζονται από άκαμπτα υποστρώματα, πολύπλοκες διαδικασίες συναρμολόγησης και περιορισμένη προσαρμογή. Τα τυπωμένα ηλεκτρονικά και τα αγώγιμα μελάνια νανοσωματιδίων ανοίγουν μια πιο ευέλικτη πορεία: ελαφριοί, ψηφιακά κατασκευασμένοι αισθητήρες συντονισμένοι σε μια συγκεκριμένη γεωμετρία, υπόστρωμα ή εφαρμογή.
Αυτή η λευκή εργασία εξετάζει την ανάπτυξη και την επικύρωση τυπωμένων μετρητών τάσης χρησιμοποιώντας μελάνια νανοσωματιδίων αργύρου NovaCentrix. Τα παρακάτω παραδείγματα υπογραμμίζουν τόσο την ακαδημαϊκή επικύρωση όσο και την ανάπτυξη βάσει εφαρμογών.
- Δύο σπουδές στο Πανεπιστήμιο του Λούισβιλ [1], [2] επίδειξη εκτύπωσης με αεροζόλ με JS-A426, συμπεριλαμβανομένου του σχεδιασμού μετρητών, της βελτιστοποίησης σύντηξης και της μέτρησης του συντελεστή μετρητή.
- Μια μελέτη του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Σαν Αντόνιο [3] μεταχειρισμένος JS-A102A, ενώ μια μελέτη του Πανεπιστημίου του Νόβι Σαντ [4] χρησιμοποίησε μελάνια NovaCentrix βελτιστοποιημένα για inkjet για την ταχεία κατασκευή ποικίλων γεωμετριών αισθητήρων.
- Δύο επιπλέον μελέτες αναδεικνύουν εφαρμοσμένα συστήματα: ένα ρομπότ δέλτα με ενσωματωμένη ανίχνευση τάσης χρησιμοποιώντας JS-B25P [5] και έναν απτικό ρομποτικό αισθητήρα δέρματος που χρησιμοποιεί JS-A426 [6].
2. Εισαγωγή και Ιστορικό
Τα μετρητικά στοιχεία τάσης μετρούν τη μηχανική παραμόρφωση παρακολουθώντας τον τρόπο με τον οποίο ένα αγώγιμο ίχνος αλλάζει την αντίσταση υπό τάση ή συμπίεση. Καθώς η αγώγιμη διαδρομή τεντώνεται ή συστέλλεται, τόσο η γεωμετρία του αγωγού όσο και η υποκείμενη μικροδομή μετατοπίζονται, παράγοντας μια μετρήσιμη ηλεκτρική απόκριση.
Τα παραδοσιακά foil gauge παραμένουν αποτελεσματικά, αλλά συνοδεύονται και από πραγματικούς περιορισμούς: άκαμπτες συμβάσεις τοποθέτησης, βήματα συγκόλλησης με κόλλα, περιορισμένη γεωμετρική ελευθερία και γενικά έξοδα κατασκευής όταν ένας σχεδιασμός πρέπει να αλλάξει γρήγορα.
Τα ηλεκτρονικά εκτυπωμένα υλικά αλλάζουν τον χώρο σχεδιασμού. Τα αγώγιμα μελάνια μπορούν να εναποτεθούν απευθείας σε εύκαμπτα υποστρώματα, επιτρέποντας αλλαγές γεωμετρίας σε επίπεδο λογισμικού, πιο αυστηρούς βρόχους επανάληψης και κατασκευή αισθητήρων σε λεπτά, σύμμορφα ή ειδικά για εφαρμογές υλικά.
Η NovaCentrix προσφέρει πολλαπλά συστήματα μελανιού νανοσωματιδίων αργύρου, προσαρμοσμένα σε διαφορετικές μεθόδους εναπόθεσης, από εκτύπωση με αεροζόλ λεπτών γραμμών έως ροές εργασίας inkjet με προσανατολισμό στην παραγωγή. Αυτά τα επικυρωμένα υλικά είναι που καθιστούν τις μελέτες σε αυτήν τη σελίδα σχετικές με τις ομάδες μηχανικών που προχωρούν από την ιδέα στην ανάπτυξη.
Συντελεστής μετρητή
Μετρική ευαισθησίας πυρήνα για μετρητές τάσης
Πού ΔR είναι η αλλαγή στην αντίσταση, R είναι η αρχική αντίσταση, και ε είναι η εφαρμοζόμενη παραμόρφωση. Ένας μεγαλύτερος συντελεστής gauge υποδηλώνει υψηλότερη ευαισθησία.
Εύρος αναφοράς
3. Μελάνια NovaCentrix για μετρητές τάσης
Τα αγώγιμα μελάνια NovaCentrix έχουν σχεδιαστεί για ψηφιακή εναπόθεση και επεξεργασία μετά την εκτύπωση, υποστηρίζοντας την προηγμένη κατασκευή τυπωμένων αισθητήρων. Πολλαπλά μελάνια νανοσωματιδίων αργύρου έχουν ήδη επικυρωθεί για εφαρμογές strain-gauge σε ροές εργασίας αεροζόλ και inkjet.
Μέταλον® JS-A426
Βελτιστοποιημένο με AJP μελάνι νανοσωματιδίων αργύρου για εκτύπωση λεπτών γραμμών σε εύκαμπτα υποστρώματα, συμπεριλαμβανομένων των PI (Kapton) και PET. Επικυρωμένο για αισθητήρες αφής, ρομποτικά δέρματα και δομικούς μετρητές.
Δείτε JS-A426Μέταλον® JS-A102A
Ασημένιο μελάνι για εκτύπωση inkjet drop-on-demand Dimatix. Επιτρέπει γρήγορη εκτέλεση ποικίλων γεωμετριών αισθητήρων σε Kapton, επιτυγχάνοντας χαμηλή αντίσταση μετά από σταδιακή πυροσυσσωμάτωση σε χαμηλή θερμοκρασία.
Δείτε JS-A102AΜέταλον® JS-B25P
Μελάνι νανοσωματιδίων αργύρου για επαγγελματικά και επιτραπέζια συστήματα inkjet. Χρησιμοποιείται στην εφαρμογή ανίχνευσης αρθρώσεων ρομπότ delta origami με ισχυρή πρόσφυση σε PET.
Δείτε JS-B25PΜέταλον® JS-B25HV και JS-B15P
Τα μελάνια inkjet έχουν επικυρωθεί σε πολυϊμίδιο και PET σε επαγγελματικά και επιτραπέζια συστήματα, με τιμές συντελεστή gauge μεταξύ 1.58 και 2.03 ανάλογα με το υπόστρωμα και τον αριθμό των στρώσεων.
Περιηγηθείτε στα μελάνια Inkjet4. Μελέτες Περιπτώσεων: Εκτυπωμένοι Δείκτες Τάσης με Χρήση Μελανιών NovaCentrix
4.1 JS-A426 μέσω εκτύπωσης με αεροζόλ - Πανεπιστήμιο του Λούισβιλ [1], [2]
Δύο μελέτες από το Πανεπιστήμιο του Λούισβιλ κατέδειξαν τη χρήση του JS-A426 με εκτύπωση με αεροζόλ για την κατασκευή προσαρμοσμένων μετρητών τάσης στο Kapton. Η παρακολούθηση του 2023 πρόσθεσε ένα μοντέλο πρόβλεψης αγωγιμότητας που συνδέεται με τις συνθήκες πυροσυσσωμάτωσης, βελτιώνοντας τον έλεγχο της διαδικασίας και μειώνοντας τη δοκιμή και το σφάλμα για νέες συνθήκες εκτύπωσης.
Βασικά αποτελέσματα
Αντιπροσωπευτικά αποτελέσματα για τις μελέτες αεροζόλ JS-A426.
| Εκτυπωτής | Εκτυπωτής αεροζόλ Optomec |
|---|---|
| Πλάτος γραμμής | 50 έως 60 μm |
| Παράθυρο πυροσυσσωμάτωσης | 200 έως 240°C για 18 έως 24 ώρες |
| Αγώγιμο | Περίπου 7.05 × 106 S / m |
| Συντελεστής μετρητή | 1.85 (2021) και 1.74 (2023) |
4.1.2 JS-A426 για απτική ανίχνευση σε εύκαμπτα υποστρώματα
Αυτή η εργασία επεκτάθηκε JS-A426 σε έναν αισθητήρα αφής σε σχήμα αστεριού ενσωματωμένο στο PDMS για ρομποτικά δέρματα. Κάτω από περίπου 5,000 κύκλους, ο αισθητήρας διατήρησε επαναλήψιμη συμπεριφορά με συντελεστή gauge κοντά στο 1.85, επιδεικνύοντας ανθεκτικότητα σε δυναμικές συνθήκες ήπιας ρομποτικής. [6]
4.2 JS-A102A μέσω Inkjet Drop-on-Demand - Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Σαν Αντόνιο [3]
Η μελέτη του UTSA χρησιμοποίησε JS-A102A με ένα σύστημα Dimatix drop-on-demand για την εξερεύνηση της ταχείας κατασκευής αισθητήρων. Πολλαπλές γεωμετρίες τυπώθηκαν σε Kapton, παράγοντας αντιστάσεις μεταξύ 2.3 και 7.2 ohms μετά από σταδιακή πυροσυσσωμάτωση στους 50°C και 150°C. Το αποτέλεσμα είναι ένα ισχυρό παράδειγμα πρωτοτυποποίησης γρήγορης στροφής με σταθερή ηλεκτρική απόδοση.
4.3 JS-B25HV και JS-B15P μέσω εκτύπωσης Inkjet - Πανεπιστήμιο του Νόβι Σαντ [4]
Οι ερευνητές συνέκριναν μετρητές τάσης που είχαν εκτυπωθεί με inkjet και είχαν κατασκευαστεί με μελάνια NovaCentrix silver σε επαγγελματικά και επιτραπέζια συστήματα εκτύπωσης. Σε πολυϊμίδιο και PET, οι εκτυπωμένοι μετρητές παρείχαν τιμές συντελεστή μέτρησης από 1.58 έως 2.03 ανάλογα με το υπόστρωμα, την επιλογή μελανιού και τον αριθμό των στρώσεων, διατηρώντας παράλληλα καλή βραχυπρόθεσμη σταθερότητα με μόνο ήπια μακροπρόθεσμη μετατόπιση.
5. Εφαρμογές πραγματικού κόσμου
Ρομπότ Δέλτα βασισμένο σε Origami
Μια ομάδα στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Κωνσταντινούπολης ενσωμάτωσε τυπωμένα όργανα μέτρησης τάσης χρησιμοποιώντας JS-B25P σε ένα πτυσσόμενο ρομπότ δέλτα. [5] Οι αισθητήρες τυπώθηκαν σε PET και ενσωματώθηκαν σε αρθρώσεις origami για μέτρηση γωνίας, παρακολουθώντας με επιτυχία την κίνηση από 0° έως 90° μέσω αλλαγής αντίστασης και επιτρέποντας αναλογική ανάδραση για ελαφρύ ρομποτικό έλεγχο.
Απτική ανίχνευση σε ρομποτικά δέρματα
Ένα μετρητή τάσης σε σχήμα αστεριού που χρησιμοποιεί JS-A426 τυπώθηκε σε εύκαμπτο Kapton και ενσωματώθηκε σε PDMS για να λειτουργεί ως αισθητήρας αφής δέρματος. [6] Ο αισθητήρας έδειξε γραμμική, επαναλαμβανόμενη απόκριση υπό ημιτονοειδείς και βηματικές εισόδους, καθιστώντας τον ιδανικό για απτική ανάδραση και ενσωμάτωση ήπιας ρομποτικής.
6. Περίληψη και προοπτικές
Σε ακαδημαϊκές και εφαρμοσμένες μελέτες, τα μελάνια νανοσωματιδίων αργύρου NovaCentrix έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικά για την κατασκευή εύκαμπτων μετρητών τάσης υψηλής απόδοσης χρησιμοποιώντας πολλαπλές διαδικασίες ψηφιακής εκτύπωσης. Από την εκτόξευση αεροζόλ έως την εκτόξευση inkjet και από την Kapton έως την PET, η πλατφόρμα υποστηρίζει αξιόπιστη αγωγιμότητα, επαναλήψιμη απόδοση συντελεστή μετρητή και ενσωμάτωση σε λειτουργικά ρομποτικά συστήματα.
Η δυνατότητα προσαρμογής της γεωμετρίας, η απευθείας εκτύπωση σε εύκαμπτα υποστρώματα και η εργασία με σχετικά προσβάσιμο υλικό εναπόθεσης καθιστούν αυτά τα υλικά ιδιαίτερα χρήσιμα για ταχεία πρωτοτυποποίηση, φορητές συσκευές, παρακολούθηση της δομικής υγείας και ήπια ρομποτική.
Το ευρύτερο χαρτοφυλάκιο υλικών και το οικοσύστημα διεργασιών της NovaCentrix, συμπεριλαμβανομένης της υποστήριξης για σκλήρυνση χαμηλού θερμικού προϋπολογισμού μέσω PulseForge, παρέχει μια πρακτική διαδρομή από την επικύρωση της έρευνας έως την κλιμακωτή κατασκευή.
Μελλοντικές κατευθύνσεις
- Χρησιμοποιήστε φωτονική σύντηξη για εφαρμογές εξαιρετικά χαμηλού θερμικού προϋπολογισμού και θερμοευαίσθητα υποστρώματα.
- Συνδυάστε την ανίχνευση τάσης με παρακείμενες λειτουργίες όπως η θερμοκρασία, η πίεση ή η απτική απόκριση.
- Ανάπτυξη επικυρωμένων βιβλιοθηκών γεωμετρίας αισθητήρων για ταχύτερη ανάπτυξη OEM και έρευνας.
7. Αναφορές
-
[1]
Ratnayake, et al. Μετρητές τάσης με εκτύπωση με αεροζόλ χρησιμοποιώντας μελάνι νανοσωματιδίων αργύρου. IEEE Flex. Electron. Sens. Conf. (FLEPS) 2021.
Ανοιχτή πηγή -
[2]
Ratnayake, et al. Πρόβλεψη Αγωγιμότητας για Μελάνες Νανοσωματιδίων Ασημιού Εκτυπωμένες με Αερόλυμα. IEEE J. Flex. Electron. 2023.
Ανοιχτή πηγή -
[3]
Dipon, et al. Εκτύπωση Inkjet Drop-on-Demand για Δείκτες Τάσης με Χρήση Ασημένιου Μελανιού. Ferroelectrics 2023.
Ανοιχτή πηγή -
[4]
Zlebic, et al. Ανάλυση Απόδοσης Μετρητών Παραμόρφωσης Εκτυπωμένων με Ψεκασμό Ψεκασμού σε Εύκαμπτα Υποστρώματα. Facta Univ., Ser. Electron. Energ. 2016.
Ανοιχτή πηγή -
[5]
Kalafat. Ρομπότ Δέλτα βασισμένο σε Origami με ενσωματωμένους τυπωμένους μετρητές τάσης. Hittite J. Sci. Eng. 2022.
Ανοιχτή πηγή -
[6]
Olowo, et al. Αισθητήρας τάσης σε σχήμα αστεριού με εκτύπωση αεροζόλ για ρομποτικό απτικό δέρμα. IEEE J. Flex. Electron. 2023.
Ανοιχτή πηγή
Πίστωση εικόνας: απεικόνιση μετρητή τάσης προσαρμοσμένη από την πηγή σχήματος που χρησιμοποιείται αυτήν τη στιγμή σε αυτήν τη σελίδα, αποδίδεται στο CC BY-SA 2.5. Επιστροφή στην κορυφή
