1. Mukautetut painetut venymäanturit
Venymäantureilla on ratkaiseva rooli rakenteellisessa valvonnassa, puettavassa teknologiassa, robotiikassa ja joustavassa elektroniikassa. Perinteisiä venymäantureja, vaikka niitä käytetään laajalti, rajoittavat jäykät alustat, monimutkaiset kokoonpanoprosessit ja rajalliset räätälöintimahdollisuudet. Painettu elektroniikka ja johtavat nanopartikkelimusteet avaavat joustavamman polun: kevyet, digitaalisesti valmistetut anturit, jotka on viritetty tiettyyn geometriaan, alustaan tai sovellukseen.
Tässä raportissa tarkastellaan NovaCentrix-hopea-nanohiukkasmusteita käyttävien painettujen venymäanturien kehittämistä ja validointia. Alla olevat esimerkit korostavat sekä akateemista validointia että sovelluslähtöistä käyttöönottoa.
- Kaksi Louisvillen yliopiston tutkimusta [1], [2] demonstroi aerosolisuihkutulostusta JS-A426, mukaan lukien mittareiden suunnittelu, sintrauksen optimointi ja mittakertoimen mittaus.
- Yksi Texasin yliopiston San Antoniossa tekemä tutkimus [3] käytetty JS-A102A, kun taas Novi Sadin yliopiston tutkimus [4] käytti mustesuihkutulostukseen optimoituja NovaCentrix-musteita erilaisten anturigeometrioiden nopeaan valmistukseen.
- Kaksi muuta tutkimusta tuovat esiin sovellettuja järjestelmiä: delta-robotti, jossa on upotettu venymän tunnistus käyttäen JS-B25P [5] ja tuntorobotti-ihoanturi, joka käyttää JS-A426 [6].
2. Johdanto ja tausta
Venymäanturit mittaavat mekaanista muodonmuutosta seuraamalla, miten johtavan radan vastus muuttuu veto- tai puristussuunnassa. Kun johtava reitti venyy tai supistuu, sekä johtimen geometria että alla oleva mikrorakenne siirtyvät, mikä tuottaa mitattavan sähköisen vasteen.
Perinteiset foliomittauslaitteet ovat edelleen tehokkaita, mutta niillä on myös todellisia rajoituksia: jäykät kiinnityskäytännöt, liimausvaiheet, rajoitettu geometrian vapaus ja valmistuksen yleiskustannukset, kun suunnittelua on muutettava nopeasti.
Painettu elektroniikka muuttaa suunnittelutilaa. Johtavat musteet voidaan kerrostaa suoraan joustaville alustoille, mikä mahdollistaa ohjelmistotason geometrian muutokset, tiukemmat iteraatiosilmukat ja anturien valmistuksen ohuille, konformisille tai sovelluskohtaisille materiaaleille.
NovaCentrix tarjoaa useita hopeananohiukkasmustejärjestelmiä, jotka on viritetty erilaisiin pinnoitusmenetelmiin, hienoviivaisesta aerosolisuihkutulostuksesta tuotantokeskeisiin mustesuihkutulostustyönkulkuihin. Nämä validoidut materiaalit tekevät tällä sivulla olevista tutkimuksista merkityksellisiä suunnittelutiimeille, jotka siirtyvät konseptista käyttöönottoon.
Mittakerroin
Venymäantureiden ytimen herkkyysmittari
Jossa ΔR on resistanssin muutos, R on alkuperäinen resistanssi ja ε on käytetty venymä. Suurempi mittauskerroin osoittaa suurempaa herkkyyttä.
Vaihteluvälin
3. NovaCentrix-musteet venymäantureille
NovaCentrixin johtavat musteet on suunniteltu digitaaliseen pinnoitukseen ja jälkikäsittelyyn, ja ne tukevat painettujen anturien edistynyttä valmistusta. Useita hopeananohiukkasmusteita on jo validoitu venymäliuskasovelluksiin aerosolisuihku- ja mustesuihkutulostuksissa.
Metalon® JS-A426
AJP-optimoitu hopeananopartikkelimuste hienoviivaiseen tulostukseen joustaville materiaaleille, kuten PI (Kapton) ja PET. Validoitu kosketusantureille, robottirakenteille ja rakennemittareille.
Näytä JS-A426Metalon® JS-A102A
Hopeinen muste Dimatixin drop-on-demand-mustesuihkutulostukseen. Mahdollistaa erilaisten anturigeometrioiden nopean valmistuksen Kaptonilla ja saavuttaa alhaisen resistanssin vaiheittaisen matalan lämpötilan sintrauksen jälkeen.
Katso JS-A102AMetalon® JS-B25P
Hopeananohiukkasista valmistettu muste ammattimaisiin ja pöytätietokoneiden mustesuihkujärjestelmiin. Käytetään delta-robottien origami-nivelten tunnistussovelluksissa, tarttuu vahvasti PET-muoviin.
Katso JS-B25PMetalon® JS-B25HV ja JS-B15P
Mustesuihkutulostusmusteet on validoitu polyimidille ja PET:lle ammattimaisissa ja pöytätietokonejärjestelmissä, ja niiden mittauskertoimet ovat 1.58–2.03 riippuen materiaalista ja kerrosmäärästä.
Selaa mustesuihkutulostimien musteita4. Case-tutkimukset: NovaCentrix-musteilla painetut venymäanturit
4.1 JS-A426 aerosolisuihkutulostuksella - Louisvillen yliopisto [1] , [2]
Kaksi Louisvillen yliopiston tutkimusta osoitti JS-A426: n käytön aerosolisuihkutulostuksen kanssa Kapton-venymäantureiden valmistukseen. Vuoden 2023 seurannassa lisättiin sintrausolosuhteisiin sidottu johtavuuden ennustusmalli, mikä paransi prosessinohjausta ja vähensi kokeiluja ja erehdyksiä uusissa tulostusolosuhteissa.
Keskeiset tulokset
Edustavia tuloksia JS-A426-aerosolisuihkututkimuksissa.
| Kirjoitin | Optomec-aerosolisuihkutulostin |
|---|---|
| Viivan leveys | 50-60 µm |
| Sintrausikkuna | 200–240 °C 18–24 tunnin ajan |
| johtokyky | Noin 7.05 × 106 s/m |
| Mittakerroin | 1.85 (2021) ja 1.74 (2023) |
4.1.2 JS-A426 joustavien alustojen tuntotunnistukseen
Tässä työssä JS-A426- teknologiaa laajennettiin tähtimäiseksi tuntoanturiksi, joka on upotettu PDMS-järjestelmään robotti-ihoja varten. Noin 5 000 syklin aikana anturi säilytti toistettavan käyttäytymisen mittauskertoimella lähellä 1.85, mikä osoittaa kestävyyttä dynaamisissa pehmeän robotiikan olosuhteissa. [6]
4.2 JS-A102A mustesuihkutulostuksen kautta (Drop-on-Demand) - Texasin yliopisto San Antoniossa [3]
UTSA:n tutkimuksessa käytettiin JS-A102A:ta ja Dimatix-drop-on-demand-järjestelmää tutkiakseen nopeaa anturivalmistusta. Kaptonille painettiin useita geometrioita, jotka tuottivat 2.3–7.2 ohmin resistanssit vaiheittaisen sintrauksen jälkeen 50 °C:ssa ja 150 °C:ssa. Tulos on vahva esimerkki nopeasta prototyyppien valmistuksesta ja tasaisesta sähköisestä suorituskyvystä.
4.3 JS-B25HV ja JS-B15P mustesuihkutulostuksella - Novi Sadin yliopisto [4]
Tutkijat vertailivat NovaCentrix-hopeamusteilla mustesuihkutulostettuja venymäantureita eri ammattimaisissa ja pöytätulostusjärjestelmissä. Polyimidillä ja PET:llä tulostetut anturit tuottivat mittauskertoimen arvot 1.58–2.03 riippuen alustasta, musteen valinnasta ja kerrosmäärästä, samalla säilyttäen hyvän lyhytaikaisen stabiilisuuden ja vain lievän pitkäaikaisen siirtymän.
5. Reaalimaailman sovellukset
Origami-pohjainen Delta-robotti
Istanbulin teknillisen yliopiston tiimi integroi JS-B25P:tä käyttäen painettuja venymäantureja kokoontaitettavaan delta-robottiin. [5] Anturit tulostettiin PET-muoville ja upotettiin origami-niveliin kulman mittausta varten, jolloin ne seurasivat onnistuneesti 0° - 90° liikettä vastuksen muutoksen avulla ja mahdollistivat analogisen palautteen kevyen robotin ohjaukselle.
Taktiilinen aistiminen robotti-nahoissa
Tähtimäinen venymäliuska, jossa käytettiin JS-A426- materiaalia, tulostettiin joustavalle Kaptonille ja upotettiin PDMS-järjestelmään toimimaan ihoa tuntoaistianturina. [6] Anturi osoitti lineaarista ja toistettavaa vastetta sinimuotoisilla ja askelmuotoisilla syötteillä, mikä tekee siitä erittäin sopivan tuntopalautteeseen ja pehmeiden robottien integrointiin.
6. Yhteenveto ja näkymät
Akateemisissa ja soveltavissa tutkimuksissa NovaCentrix-hopeananopartikkelimusteet ovat osoittautuneet tehokkaiksi korkean suorituskyvyn joustavien venymäantureiden valmistuksessa useilla digitaalisilla painoprosesseilla. Aerosolisuihkusta mustesuihkuun ja Kaptonista PET-tulostukseen, alusta tukee luotettavaa johtavuutta, toistettavaa mittauskerrointa ja integrointia toimiviin robottijärjestelmiin.
Geometrian mukauttamismahdollisuus, suoratulostus joustaville alustoille ja työskentely suhteellisen helposti saatavilla olevien pinnoituslaitteiden kanssa tekevät näistä materiaaleista erityisen hyödyllisiä nopeaan prototyyppien valmistukseen, puettaviin laitteisiin, rakenteellisen terveyden seurantaan ja pehmeään robotiikkaan.
NovaCentrixin laajempi materiaalivalikoima ja prosessiekosysteemi, mukaan lukien tuki pienen lämpöbudjetin kovetukselle PulseForgen kautta , tarjoaa käytännöllisen polun tutkimuksen validoinnista skaalautuvaan valmistukseen.
Future Directions
- Käytä fotonista sintrausta erittäin pienen lämpöbudjetin sovelluksissa ja lämpöherkillä alustoilla.
- Yhdistä venymän tunnistus viereisiin toimintoihin, kuten lämpötilaan, paineeseen tai tuntoherkkyyteen.
- Kehitä validoituja anturigeometriakirjastoja nopeampaa käyttöönottoa varten OEM-valmistajille ja tutkimuskäyttöön.
7. Viitteet
-
[1]
Ratnayake ym. Aerosolisuihkutulostetut venymäanturit hopeananohiukkasmusteella. IEEE Flex. Electron. Sens. Conf. (FLEPS) 2021.
Avoin lähdekoodi -
[2]
Ratnayake ym. Johtavuuden ennustaminen aerosolisuihkutulostetuille hopeananopartikkelimusteille. IEEE J. Flex. Electron. 2023.
Avoin lähdekoodi -
[3]
Dipon ym. Venymäanturien pisaratulostus mustesuihkutulostuksella hopeamustetta käyttäen. Ferroelectrics 2023.
Avoin lähdekoodi -
[4]
Zlebic ym. Mustesuihkutulostettujen venymäantureiden suorituskykyanalyysi joustavilla alustoilla. Facta Univ., Ser. Electron. Energ. 2016.
Avoin lähdekoodi -
[5]
Kalafat. Origami-pohjainen Delta-robotti integroiduilla painetuilla venymäantureilla. Hittite J. Sci. Eng. 2022.
Avoin lähdekoodi -
[6]
Olowo ym. Aerosolisuihkulla painettu tähdenmuotoinen venymäanturi robotin tuntoherkälle iholle. IEEE J. Flex. Electron. 2023.
Avoin lähdekoodi
Kuvan lähde: venymäliuskakuva, mukautettu tällä sivulla käytetystä kuvalähteestä, liitetty CC BY-SA 2.5 -lisenssiin . Takaisin alkuun
