1. Medidores de tensão impressos sob encomenda
Os extensômetros desempenham um papel crucial no monitoramento estrutural, em tecnologias vestíveis, robótica e eletrônica flexível. Os extensômetros tradicionais, embora amplamente utilizados, são limitados por substratos rígidos, processos de montagem complexos e pouca possibilidade de personalização. A eletrônica impressa e as tintas condutoras de nanopartículas abrem um caminho mais flexível: sensores leves, fabricados digitalmente e ajustados a uma geometria, substrato ou aplicação específicos.
Este documento técnico analisa o desenvolvimento e a validação de extensômetros impressos utilizando tintas de nanopartículas de prata da NovaCentrix. Os exemplos abaixo destacam tanto a validação acadêmica quanto a aplicação prática.
- Dois estudos da Universidade de Louisville , demonstrar impressão a jato de aerossol com JS-A426, incluindo projeto de calibre, otimização de sinterização e medição do fator de calibre.
- Um estudo da Universidade do Texas em San Antonio usava JS-A102A, enquanto um estudo da Universidade de Novi Sad Utilizamos tintas NovaCentrix otimizadas para impressão a jato de tinta para fabricar rapidamente geometrias de sensores variadas.
- Dois estudos adicionais destacam sistemas aplicados: um robô delta com sensores de deformação integrados usando JS-B25P e um sensor tátil robótico de pele usando JS-A426 .
2. Introdução e Contextualização
Os extensômetros medem a deformação mecânica rastreando como uma trilha condutora altera sua resistência sob tensão ou compressão. À medida que o caminho condutor se estica ou se contrai, tanto a geometria do condutor quanto a microestrutura subjacente se alteram, produzindo uma resposta elétrica mensurável.
Os medidores de folha tradicionais continuam eficazes, mas também apresentam limitações reais: convenções de montagem rígidas, etapas de colagem com adesivo, liberdade geométrica limitada e custos de fabricação quando um projeto precisa ser alterado rapidamente.
A eletrônica impressa altera esse espaço de design. Tintas condutoras podem ser depositadas diretamente em substratos flexíveis, permitindo alterações geométricas em nível de software, ciclos de iteração mais curtos e fabricação de sensores em materiais finos, conformes ou específicos para cada aplicação.
A NovaCentrix oferece diversos sistemas de tinta com nanopartículas de prata, otimizados para diferentes métodos de deposição, desde impressão a jato de aerossol de linhas finas até fluxos de trabalho de jato de tinta voltados para a produção. Esses materiais validados são o que tornam os estudos desta página relevantes para equipes de engenharia que estão na transição da concepção para a implementação.
Fator de calibre
Métrica de sensibilidade do núcleo para extensômetros
Onde ΔR é a variação na resistência, R é a resistência original e ε é a deformação aplicada. Um fator de calibre maior indica maior sensibilidade.
Intervalo de referência
3. Tintas NovaCentrix para extensômetros
As tintas condutoras NovaCentrix são projetadas para deposição digital e processamento pós-impressão, permitindo a fabricação avançada de sensores impressos. Diversas tintas com nanopartículas de prata já foram validadas para aplicações em extensômetros em fluxos de trabalho de jato de aerossol e jato de tinta.
Metalon® JS-A426
Tinta de nanopartículas de prata otimizada por AJP para impressão de linhas finas em substratos flexíveis, incluindo PI (Kapton) e PET. Validada para sensores táteis, peles robóticas e medidores estruturais.
Ver JS-A426Metalon® JS-A102A
Tinta prateada para impressão a jato de tinta sob demanda Dimatix. Permite rápida produção de sensores com geometrias variadas em Kapton, atingindo baixa resistência após sinterização em baixas temperaturas em etapas.
Ver JS-A102AMetalon® JS-B25P
Tinta de nanopartículas de prata para sistemas de impressão jato de tinta profissionais e de mesa. Utilizada na aplicação de sensoriamento de juntas de origami em robôs delta, com forte adesão em PET.
Ver JS-B25PMetalon® JS-B25HV e JS-B15P
Tintas para impressoras jato de tinta validadas em poliimida e PET em sistemas profissionais e de mesa, com valores de fator de espessura entre 1.58 e 2.03, dependendo do substrato e da quantidade de camadas.
Navegue pelas tintas para impressoras jato de tinta.4. Estudos de caso: extensômetros impressos usando tintas NovaCentrix
4.1 JS-A426 via Impressão a Jato de Aerossol - Universidade de Louisville [1] , [2]
Dois estudos da Universidade de Louisville demonstraram o uso do JS-A426 com impressão a jato de aerossol para fabricar extensômetros personalizados em Kapton. O estudo de acompanhamento de 2023 adicionou um modelo de previsão de condutividade vinculado às condições de sinterização, aprimorando o controle do processo e reduzindo a necessidade de tentativas e erros para novas condições de impressão.
Resultados-chave
Resultados representativos dos estudos do jato de aerossol JS-A426.
| Printer | Impressora jato de aerossol Optomec |
|---|---|
| Espessura da linha | 50 a 60 µm |
| Janela de sinterização | 200 a 240°C durante 18 a 24 horas |
| Condutividade | Aproximadamente 7.05 × 106 S / m |
| Fator de calibre | 1.85 (2021) e 1.74 (2023) |
4.1.2 JS-A426 para Detecção Tátil em Substratos Flexíveis
Este trabalho estendeu o JS-A426 para um sensor tátil em forma de estrela incorporado em PDMS para peles robóticas. Sob aproximadamente 5,000 ciclos, o sensor manteve comportamento repetível com um fator de calibre próximo de 1.85, demonstrando durabilidade em condições dinâmicas de robótica flexível. [6]
4.2 JS-A102A via Inkjet Drop-on-Demand - Universidade do Texas em San Antonio [3]
O estudo da UTSA utilizou o JS-A102A com um sistema de deposição sob demanda da Dimatix para explorar a fabricação rápida de sensores. Diversas geometrias foram impressas em Kapton, produzindo resistências entre 2.3 e 7.2 ohms após sinterização em etapas a 50 °C e 150 °C. O resultado é um excelente exemplo de prototipagem rápida com desempenho elétrico consistente.
4.3 JS-B25HV e JS-B15P via Impressão a Jato de Tinta - Universidade de Novi Sad [4]
Pesquisadores compararam extensômetros impressos a jato de tinta com tintas de prata NovaCentrix em sistemas de impressão profissionais e domésticos. Em poliimida e PET, os extensômetros impressos apresentaram fatores de extensômetro variando de 1.58 a 2.03, dependendo do substrato, da tinta escolhida e do número de camadas, mantendo boa estabilidade a curto prazo com apenas uma leve deriva a longo prazo.
5. Aplicações do mundo real
Robô Delta baseado em origami
Uma equipe da Universidade Técnica de Istambul integrou extensômetros impressos usando JS-B25P em um robô delta dobrável. [5] Os sensores foram impressos em PET e incorporados em juntas de origami para medição de ângulo, rastreando com sucesso o movimento de 0° a 90° por meio da mudança de resistência e permitindo feedback analógico para controle robótico leve.
Sensoriamento tátil em peles robóticas
Um extensômetro em forma de estrela usando JS-A426 foi impresso em Kapton flexível e incorporado em PDMS para atuar como um sensor de pele tátil. [6] O sensor apresentou resposta linear e repetível sob entradas sinusoidais e em degrau, tornando-o adequado para feedback tátil e integração em robótica flexível.
6. Resumo e Outlook
Em estudos acadêmicos e aplicados, as tintas de nanopartículas de prata da NovaCentrix provaram ser eficazes na fabricação de extensômetros flexíveis de alto desempenho usando múltiplos processos de impressão digital. Da impressão a jato de aerossol à impressão a jato de tinta, e do Kapton ao PET, a plataforma oferece condutividade confiável, desempenho repetível do fator de extensômetro e integração em sistemas robóticos em funcionamento.
A capacidade de personalizar a geometria, imprimir diretamente em substratos flexíveis e trabalhar com hardware de deposição relativamente acessível torna esses materiais especialmente úteis para prototipagem rápida, dispositivos vestíveis, monitoramento da integridade estrutural e robótica flexível.
O amplo portfólio de materiais e o ecossistema de processos da NovaCentrix, incluindo o suporte para cura com baixo orçamento térmico por meio do PulseForge , oferecem um caminho prático da validação da pesquisa à fabricação em escala.
Direções Futuras
- Utilize a sinterização fotônica para aplicações com orçamento térmico ultrabaixo e substratos sensíveis ao calor.
- Combine a detecção de deformação com funções adjacentes, como temperatura, pressão ou resposta tátil.
- Desenvolver bibliotecas validadas de geometria de sensores para uma implementação mais rápida em projetos OEM e de pesquisa.
7. Referências
-
Ratnayake, et al. Sensores de deformação impressos por jato de aerossol usando tinta de nanopartículas de prata. IEEE Flex. Electron. Sens. Conf. (FLEPS) 2021.
Código aberto -
Ratnayake, et al. Previsão de condutividade para tintas de nanopartículas de prata impressas por jato de aerossol. IEEE J. Flex. Electron. 2023.
Código aberto -
Dipon, et al. Impressão a jato de tinta sob demanda de extensômetros usando tinta de prata. Ferroelectrics 2023.
Código aberto -
Zlebic, et al. Análise de desempenho de extensômetros impressos por jato de tinta em substratos flexíveis. Facta Univ., Ser. Electron. Energ. 2016.
Código aberto -
Kalafat. Robô Delta baseado em origami com sensores de deformação impressos integrados. Hittite J. Sci. Eng. 2022.
Código aberto -
Olowo, et al. Sensor de deformação em forma de estrela impresso por jato de aerossol para pele tátil robótica. IEEE J. Flex. Electron. 2023.
Código aberto
Crédito da imagem: ilustração do extensômetro adaptada da figura utilizada nesta página, sob a licença CC BY-SA 2.5 . Voltar ao topo
