發布日期：2022-10-09 點擊率：87
NASA將3D打印傳感器
3D打印 在現代世界中已成為真正的游戲改變者。它使得制造各種物體成為可能，而不受大型生產線的支配。甚至可以在某種程度上3D打印食物。2019年2月18日，南極熊從外媒獲悉，由美國國家航空航天局資助的研究人員將應用這種技術和制造方法來打印傳感器，甚至在一塊不超過手機的單板上進行無線通信的部分電路。
地球和太空科學家使用的多傳感器平臺傳統上就像今天的任何電子產品一...
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2019-02-18
物聯網(IoT)被譽為我們技術發展的下一個重大步驟之一，愿景有點烏托邦式：系統收集信息，然后在超連接網絡中快速傳遞信息，并使用這些數據來發現見解并采取行動，以改善我們的日常生活。通過提高設備效率，優化基礎設施和交通等領域，幫助廢物管理和個人健康，它可以節省更多能源。
物聯網的功能是許多因素的結果，但是要考慮的一個基本方面是將用于在整個物聯網系統中收集數據的傳感技術。我們不僅必須考慮這些傳感器的強度和功率，而且還必須考慮如何創建如此大量的設備，以便充分跟蹤世界上產生的大量數據。3D打印技術和納米材料的使用正是在這里發揮作用的。當一起使用時，它們可以幫助創建我們設想的無縫，強大的物聯網。
3D打印的優勢 3D打印是一項快速發展的技術，具有在科學，工業甚至日常環境中提供巨大價值的潛力。可以切實看到用于創建和批量生產大量IoT傳感器的技術。至少，增材制造工藝可以幫助設計傳感器電子部件的最佳外殼。由于此過程，您無需從頭開始即可輕松修改或向機箱添加新功能。隨著傳感器的發展和形式或功能的改變，這種靈活性肯定會受益于傳感器的創建。 但是3D打印電子組件令人振奮的發展將真正釋放強大而功能強大的IoT傳感器的大規模生產。導電墨水的使用-一種用于3D打印的墨水，其中注入了銅，銀和金等導電材料-不僅使我們能夠方便地打印電子產品，而且還消除了傳統2D電路板的限制。通過創建可以采用多種不同形狀或尺寸的三維電路板，我們將能夠構建更多用途的設備陣列。重要的是，這可以鞏固和加速物聯網傳感器的創建。發揮納米材料的作用 除了諸如導電墨水之類的3D打印傳感器的發展之外，我們還可以轉向納米材料，這種材料因其高功能而經常被引用。特別地，石墨烯被認為是傳感器的理想材料：它耐用，靈活，導電性強，并且可以通過溫度，光，壓力等因素檢測環境變化，甚至可以感知化學變化。大量研究已投入到釋放石墨烯的功能中，其在傳感器中的使用可以幫助為物聯網提供準確的信息。 這意味著它可以滿足IoT傳感器的內部和外部需求(即創建堅固，有彈性的外殼和功能強大的電子零件)。看到3D打印在實現更大范圍的傳感器創建方面將發揮怎樣的作用，可以認為將這一過程與石墨烯配對將極大地提升IoT系統的功能。
物聯網傳感器為了能夠對其周圍的環境提供準確的測量，其強度必須足以承受雨雪等惡劣條件，或者在某些工業情況下，必須具有足夠的強度以承受來自海洋應用的極端熱量甚至鹽分侵蝕。對于更傳統的金屬和材料，這些元素可能會在技術上迅速磨損，從而導致數據不準確，從而破壞物聯網系統。不斷更換傳感器，使耐用的納米材料成為制造傳感器的理想基礎，效率也非常低下。 但是要克服的另一個障礙是圍繞運行物聯網系統所需的大量傳感器。市場研究人員估計，當今世界已經有超過200億個互聯設備，而且隨著我們技術的進步和尋求實現真正的IoT的情況下，這個數字只會持續增長。大量的設備轉化為同樣大量的傳感器，而使先進的，基于納米材料的傳感技術得以廣泛使用是一項艱巨的挑戰性工作，尤其是在過去證明了大規模生產納米材料(如石墨烯)時非常困難。另外，即使基于納米材料的傳感器具有如此的能力，實現如此多的傳感器的成本也可能會在尋求這種原因方面造成許多停頓。
過去一直難以生產的“奇妙材料”石墨烯最近已經看到了潛在的突破，將使科學家能夠創造出更大的數量，這在3D打印IoT傳感器的情況下意味著打印機可以很好地使用很多材料用。
科學家最近還對使用石墨烯的3D打印對象進行了實驗，這可能被證明是解鎖用于IoT的基于納米材料的傳感器的最終關鍵。中國的研究人員已經發現了一種利用虛擬2D材料通過使用氧化石墨烯墨水來創建3D對象的方法，并且已經成功地使用納米材料來創建微型超級電容器。
中國3D打印網點評：
可以說，如果石墨烯墨水可用于3D打印電池，傳感器技術也不會落后很多。例如，石墨烯已用于3D打印受到生物啟發的纖毛傳感器，該傳感器模仿自然界中生物如何感知周圍環境。與印刷傳感器技術的其他發展(例如與可穿戴設備的集成)相結合，科學界已朝著使批量生產基于納米材料的傳感器的過程發展，使其更實惠的方向邁出了重要一步。
在討論物聯網帶來的驚人可能性時，傳感技術的發展以及克服在其創建和實施過程中遇到的各種障礙的需求似乎已成為人們關注的問題。但是，盡管存在這些挑戰，但物聯網有望在2020年成為主流。而且，從3D打印和用于傳感器的納米技術的發展軌跡來看，很明顯，我們正在逐步實現基于傳感器的無縫物聯網。
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3D打印機和傳感器背后的技術在過去幾年中分別經歷了可觀的增長和進步。但隨著這兩種技術的整合，創造出優勢的同時，要面臨的挑戰也不少。
傳感器3D打印概述
在過去的幾年中，增材制造（AM）（通常稱為3D打印）已經改變了許多工業和學術應用。相比于傳統的制造工藝，通過使用該技術，用戶能夠以更快的速度生產幾何形狀復雜的零件。
當用于傳感器的制造時，3D打印具有多個優點，包括較低的成本，快速的制造速度和高精度。除了具有固有地打印整個傳感器的功能外，還可以在制造過程中的任何時候開始或停止3D打印，從而使用戶可以輕松地將傳感器嵌入到已打印的結構中。
3D打印傳感器的優勢
3D打印機的成功之處在于其傳感器的多重優勢以及其增材制造和容納制造，這提供了獨特的傳感器創建范圍。3D打印傳感器顯示了3D打印技術的廣泛勝利——打印足夠的傳感器的能力擴大了更多的傳感器可用性及應用范圍。
首先，使用3D打印機創建傳感器的先天優勢是，它能夠通過連接到標準設備，與標準設備一起印刷，生產。在接口板或萬用表的標準結構中集成傳感器，消除了對額外成本和資源的需求。
其次，3D打印機創建傳感器更快。
大型公司通常使用3D打印來創建原型。當3D打印機在產品最終制造之前構建原型時，該過程稱為快速原型制作。這包括使用三維計算機設計快速實現對象的比例模型或物理零件集合的一組技術。此外，3D打印機還可以直接從一個來源生成多功能的對象和設備，從而有效地節省了時間，減少了材料浪費并減少了過多的機械使用。有一些具有成本效益的3D打印機可以使此過程更容易實現，進而，這種可訪問性也有機會使3D打印傳感器的應用范圍更廣。
還有，如果企業可以應用3D打印技術，尤其是在傳感器等設備上，則可以提供創造性的選項來定制公司產品。隨著3D打印機的生產能力的擴展和其技術的日益普及，對打印技術和材料的需求也不斷增加，這些材料和材料可以打印諸如電子傳感器之類的實用且有用的設備。
最后，如果公司開始在其產品中生產嵌入式傳感器，則他們可以系統且有效地獲取客戶反饋。例如，傳感器可以檢測人們對其產品的切實互動。因此，這些傳感器可以監視和破譯客戶的滿意或不滿意。3D打印傳感器還易于連接，不需要任何復雜的電路，因此這些3D打印傳感器可以被現有的開源設備查看，可以實現通過傳感器與與客戶互動。
3D打印傳感器的類型及發展情況
3D打印技術已成功集成到多種類型的傳感器的設計，開發和制造中，包括力，應變，壓力，觸覺，位移，電磁，腦電圖（EEG），聲學，光學，超聲和生物傳感器。
力傳感器
力傳感器通過測量作為內部結構元素的撓曲的位移或應變并將這些施加的力轉換為可測量的電信號來發揮作用。力傳感器通常由三部分組成：彎曲，傳感器及其包裝。
由于力傳感器必須能夠感測多個方向的扭矩，因此這些設備的傳統制造經常需要將多個傳統傳感器耦合在一起的復雜結構。
結果，通用商業力傳感器要么非常笨重，要么實用性有限。通過3D打印技術生產的力傳感器價格便宜，易于定制，并且可以以更快的速度生產。
實際上，3D打印使用戶可以為特殊應用（例如醫療設備，汽車部件，樂器，機器人和計算機輸入設備）定制力傳感器的配置。
光學傳感器
將3D打印技術結合到光學傳感器生產中的主要優勢之一是能夠將這些傳感器的所有組件（例如鏡子和透鏡）減少到一個簡單的打印樣本中。
最近的一項研究發現，3D打印技術成功地創建了一種輕巧且便宜的光纖振動傳感器，該傳感器專門設計用于大功率電機。在他們的工作中，傳感機制是通過一個刀片來實現的，該刀片已連接到可彎曲的薄膜上，該葉片可調節光強度。
腦電傳感器
腦電圖（EEG）是神經科醫生用來評估患者大腦電活動的有價值的診斷工具。EEG技術的最新進展已使這項關鍵技術以支持癲癇診斷和中風康復的可穿戴設備的形式在臨床環境之外使用。
盡管取得了這一進展，但可穿戴式EEG暴露于濕氣中仍會被破壞，并且還具有其他局限性，例如刺激皮膚的侵入性電極和長期穩定性差。
為了克服這些挑戰并提高傳感器性能，曼徹斯特大學最近開展的工作發現3D打印機可以成功制造出本底噪聲較高的干式EEG電極，并且也不需要使用導電膠。
與標準濕式電極相比，這些科學家進行的工作發現，他們的3D打印電極生產成本低廉，并且可以輕松進行優化以滿足每個用戶的需求。
未來的挑戰
3D打印傳感器只是通過3D打印技術輕松創建的眾多復雜設備中的一部分。盡管3D打印傳感器領域前景大好，但該行業內仍然存在著巨大的挑戰，并限制了未來的傳感器生產。
各種類型的材料可以用于不同的3D打印方法。但是，每種3D打印技術顯然都限制了可用于制造給定傳感器的材料類型。不幸的是，即將研究出理想的打印方法，但與各種特定材料不兼容，也會直接限制打印傳感器的性能和可靠性。
除了可用的材料外，還缺乏有關3D打印傳感器的耐用性和整個生命周期的信息。盡管這一挑戰很大程度上歸因于這些傳感器的新穎性，但未來的工作必須考慮每個生產步驟如何有助于縮短打印傳感器的使用壽命。3D打印在傳感器生命周期中的作用還將決定該技術是否有助于增加還是解決電子廢物。
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