1. 맞춤형 인쇄 변형률 게이지
스트레인 게이지는 구조 모니터링, 웨어러블 기술, 로봇 공학 및 플렉서블 전자 장치에서 중요한 역할을 합니다. 널리 사용되는 기존 스트레인 게이지는 경직된 기판, 복잡한 조립 공정 및 제한된 맞춤 제작이라는 제약을 가지고 있습니다. 인쇄 전자 기술과 전도성 나노 입자 잉크는 이러한 제약을 극복할 수 있는 새로운 길을 열어줍니다. 가볍고 디지털 방식으로 제작된 센서를 특정 형상, 기판 또는 응용 분야에 맞게 조정할 수 있게 되는 것입니다.
본 백서에서는 NovaCentrix의 은 나노입자 잉크를 사용한 인쇄형 변형률 게이지의 개발 및 검증에 대해 검토합니다. 아래 예시들은 학술적 검증과 실제 응용 사례를 모두 보여줍니다.
- 루이빌 대학교 연구 두 건 [1], [2] 에어로졸 제트 프린팅을 시연합니다 JS-A426게이지 설계, 소결 최적화, 게이지 계수 측정 등이 포함됩니다.
- 텍사스 대학교 샌안토니오 캠퍼스의 한 연구 [3] 익숙한 JS-A102A한편, 노비사드 대학교의 한 연구는 [4] 잉크젯에 최적화된 NovaCentrix 잉크를 사용하여 다양한 센서 형상을 신속하게 제작했습니다.
- 추가 연구 두 건은 응용 시스템을 강조합니다. 그중 하나는 변형률 감지 기능이 내장된 델타 로봇입니다. JS-B25P [5] 그리고 촉각 로봇 피부 센서를 사용합니다. JS-A426 [6].
2. 소개 및 배경
스트레인 게이지는 전도성 트레이스가 인장 또는 압축 하에서 저항이 어떻게 변하는지를 추적하여 기계적 변형을 측정합니다. 전도성 경로가 늘어나거나 수축함에 따라 도체의 기하학적 구조와 그 아래의 미세 구조가 모두 변화하여 측정 가능한 전기적 반응을 생성합니다.
기존의 포일 게이지는 여전히 효과적이지만, 엄격한 장착 방식, 접착 공정, 제한된 형상 자유도, 그리고 설계 변경이 시 발생하는 제조 비용과 같은 실질적인 제약 조건도 존재합니다.
인쇄 전자 기술은 설계 영역을 혁신적으로 변화시킵니다. 전도성 잉크를 유연한 기판에 직접 도포할 수 있어 소프트웨어 수준에서 형상 변경이 가능하고, 반복 주기를 단축하며, 얇고, 형태에 잘 맞거나 특정 용도에 특화된 소재에 센서를 제작할 수 있습니다.
NovaCentrix는 정밀한 에어로졸 제트 프린팅부터 대량 생산용 잉크젯 워크플로우에 이르기까지 다양한 증착 방식에 최적화된 여러 가지 은 나노입자 잉크 시스템을 제공합니다. 이러한 검증된 소재 덕분에 이 페이지의 연구 결과는 개념 구상에서 실제 적용으로 나아가는 엔지니어링 팀에게 매우 유용합니다.
게이지 계수
변형률 게이지의 핵심 감도 측정 기준
어디에 △R 저항의 변화입니다. R 이것이 원래의 저항이며, ε 는 가해진 변형률입니다. 게이지 팩터가 클수록 감도가 높습니다.
기준 범위
3. NovaCentrix 스트레인 게이지용 잉크
NovaCentrix의 전도성 잉크는 디지털 증착 및 후처리 공정에 적합하도록 설계되어 인쇄형 센서의 첨단 제조를 지원합니다. 다양한 은 나노입자 잉크는 에어로졸 제트 및 잉크젯 워크플로우 전반에 걸쳐 스트레인 게이지 응용 분야에 대한 유효성 검증을 이미 완료했습니다.
메탈론® JS-A426
AJP 최적화 은 나노입자 잉크는 PI(Kapton) 및 PET를 포함한 연성 기판에 정밀 라인 인쇄에 적합합니다. 촉각 센서, 로봇 피부 및 구조 측정기에 대한 유효성이 검증되었습니다.
JS-A426 보기메탈론® JS-A102A
디마틱스 드롭온디맨드 잉크젯 프린팅용 은 잉크입니다. 캡톤 소재에 다양한 센서 형상을 빠르게 구현할 수 있으며, 단계별 저온 소결을 통해 낮은 저항을 달성합니다.
JS-A102A 보기메탈론® JS-B25P
전문가용 및 데스크톱 잉크젯 시스템용 은 나노입자 잉크. PET 소재에 강력한 접착력을 보여 델타 로봇의 종이접기 관절 감지 응용 분야에 사용됩니다.
JS-B25P 보기메탈론® JS-B25HV 및 JS-B15P
전문가용 및 데스크톱 시스템 모두에서 폴리이미드 및 PET 소재에 대한 잉크젯 잉크의 유효성이 검증되었으며, 소재 및 레이어 수에 따라 게이지 팩터 값은 1.58에서 2.03 사이입니다.
잉크젯 잉크 둘러보기4. 사례 연구: NovaCentrix 잉크를 사용한 인쇄형 변형률 게이지
4.1 JS-A426 에어로졸 제트 프린팅 방식 - 루이빌 대학교 [1], [2]
루이빌 대학교의 두 연구는 다음과 같은 활용법을 입증했습니다. JS-A426 에어로졸 제트 프린팅 기술을 이용하여 캡톤 소재에 맞춤형 스트레인 게이지를 제작했습니다. 2023년 후속 연구에서는 소결 조건과 연관된 전도도 예측 모델을 추가하여 공정 제어를 개선하고 새로운 프린팅 조건에 대한 시행착오를 줄였습니다.
주요 결과
JS-A426 에어로졸 제트 연구의 대표적인 결과입니다.
| 인쇄기 | 옵토멕 에어로졸젯 프린터 |
|---|---|
| 선폭 | 50~60μm |
| 소결 창 | 200~240°C에서 18~24시간 동안 |
| 전도도 | 대략 7.05 × 106 초/분 |
| 게이지 팩터 | 1.85 (2021)과하면 1.74 (2023) |
4.1.2 유연 기판 촉각 감지용 JS-A426
이 작업은 확장되었습니다. JS-A426 로봇 피부용 PDMS에 내장된 별 모양의 촉각 센서로 개발되었습니다. 약 5,000회 주기 동안 센서는 1.85에 가까운 게이지 팩터로 반복 가능한 동작을 유지하여 동적 소프트 로봇 환경에서 내구성을 입증했습니다. [6]
4.2 JS-A102A 잉크젯 드롭온디맨드 방식 - 텍사스 대학교 샌안토니오 캠퍼스 [3]
UTSA 연구에서는 다음을 사용했습니다. JS-A102A 본 연구에서는 Dimatix 드롭온디맨드 시스템을 이용하여 센서의 신속한 제작을 탐구했습니다. Kapton 소재에 다양한 형상을 인쇄하고 50°C와 150°C에서 단계적으로 소결한 결과, 2.3~7.2옴의 저항값을 얻었습니다. 이는 일관된 전기적 성능을 유지하면서 신속한 프로토타입 제작이 가능하다는 것을 보여주는 좋은 사례입니다.
4.3 JS-B25HV 및 JS-B15P 잉크젯 프린팅 - 노비사드 대학교 [4]
연구진은 NovaCentrix 은 잉크를 사용하여 전문가용 및 데스크톱 프린터 시스템에서 잉크젯 방식으로 인쇄한 변형률 게이지를 비교했습니다. 폴리이미드와 PET 기판에서 인쇄된 게이지는 기판 종류, 잉크 종류, 레이어 수에 따라 1.58에서 2.03 사이의 게이지 계수 값을 나타냈으며, 단기적으로는 우수한 안정성을 보였고 장기적으로는 미미한 편차만 발생했습니다.
5. 실제 애플리케이션
6. 요약 및 전망
학술 및 응용 연구 전반에 걸쳐 NovaCentrix의 은 나노입자 잉크는 다양한 디지털 인쇄 공정을 사용하여 고성능 유연 변형률 게이지를 제작하는 데 효과적인 것으로 입증되었습니다. 에어로졸 제트부터 잉크젯까지, 그리고 Kapton부터 PET까지 다양한 소재에 적용 가능한 이 플랫폼은 안정적인 전도성, 반복 가능한 게이지 팩터 성능, 그리고 작동 로봇 시스템과의 통합을 지원합니다.
형상 맞춤 제작, 유연한 기판에 직접 인쇄, 비교적 쉽게 구할 수 있는 증착 장비와의 호환성 덕분에 이러한 소재는 신속한 프로토타이핑, 웨어러블 기기, 구조 건전성 모니터링 및 소프트 로봇 공학에 특히 유용합니다.
저열 예산 경화 지원을 포함한 NovaCentrix의 광범위한 소재 포트폴리오 및 공정 생태계 펄스포지이는 연구 검증에서 확장 가능한 제조에 이르는 실질적인 경로를 제공합니다.
향후 방향
- 초저열 예산 애플리케이션 및 열에 민감한 기판에는 광자 소결을 사용하십시오.
- 변형 감지 기능을 온도, 압력 또는 촉각 반응과 같은 인접 기능과 결합하십시오.
- OEM 및 연구 분야의 신속한 배포를 위해 검증된 센서 형상 라이브러리를 개발합니다.
7. 참고자료
-
[1]
Ratnayake 등. 은 나노입자 잉크를 사용한 에어로졸 제트 인쇄 변형률 게이지. IEEE Flex. Electron. Sens. Conf. (FLEPS) 2021.
오픈 소스 -
[2]
Ratnayake 등. 에어로졸 제트 프린팅된 은 나노입자 잉크의 전도도 예측. IEEE J. Flex. Electron. 2023.
오픈 소스 -
[3]
Dipon 등. 은 잉크를 사용한 드롭온디맨드 방식의 변형률 게이지 잉크젯 프린팅. Ferroelectrics 2023.
오픈 소스 -
[4]
Zlebic 등. 유연 기판에 잉크젯 프린팅된 변형률 게이지의 성능 분석. Facta Univ., Ser. Electron. Energ. 2016.
오픈 소스 -
[5]
Kalafat. 인쇄된 변형률 게이지가 통합된 종이접기 기반 델타 로봇. Hittite J. Sci. Eng. 2022.
오픈 소스 -
[6]
Olowo 등. 로봇 촉각 피부용 에어로졸 제트 프린팅 별 모양 변형 센서. IEEE J. Flex. Electron. 2023.
오픈 소스
이미지 출처: 이 페이지에 현재 사용된 그림 출처에서 발췌한 변형률 게이지 그림. 출처는 다음과 같습니다. CC BY-SA 2.5. 맨 위로
