基于三维打印的柔性传感器的压力检测模型及其实验

刘海 李娜 程继红 杨继全 曹国华 南京师范大学电气与自动化工程学院/江苏省三维打印装备与制造重点实验室

基于三维打印的柔性传感器的压力检测模型及其实验

刘海 李娜 程继红 杨继全 曹国华 南京师范大学电气与自动化工程学院/江苏省三维打印装备与制造重点实验室

近几年随着三维打印技术的不断发展，电子仪器等领域也开始进行三维打印制造技术的尝试。本文提出了三维成型柔性传感器的传感器建模并进行实验验证。

柔性传感器 三维成型 检测模型

这几年随着机器人术的不断普及,各种柔性传感器应运而生。但柔性传感器大都使用传统的工艺和结构，无法实现柔性传感器性能的可控性改善。为此，本文提出一种基于三维打印成型的柔性传感器，并对其检测模型进行研究。

1 柔性传感器的组成

柔性传感器的成型步骤主要包括材料的制备以及设备的喷射成型。材料的制作步骤如下：

将PDMS前聚物与固化剂按质量比10：1混合，搅拌混合均匀后，放入真空箱中进行脱泡处理；利用表面活性剂对PDMS进行处理，完成衬底的制作；将镍粉与混合好的PDMS溶液按照3．5：1的比例相融合，搅拌至均匀，再进行真空脱泡处理，完成中间导电橡胶层的制作。打印步骤如下：启动设备，初始化设置，完成喷头的清洗；将建模完成的柔性传感器的三维模型送入上位机，上位机经过处理转变成下位机的控制信号，进行喷射打印；打印完成后，将打印品送到烘干箱进行烘干处理，形成最终的成品件。

2 用于柔性传感器检测的数学模型

在测试的过程中，假设导电橡胶处于理想条件下，并由此推导出柔性传感器的检测模型导电橡胶的理想条件如下：①当外力作用时，假定导电橡胶受力和电阻成线性关系；②忽略高分子材料性质中的滞后现象。

由实验记录的数据最终可得

显然，本文设计的柔性传感器适用于常规的检测环境，能实时监控作用于传感器的压力。

3 结论

本文基于三维打印技术，设计出一种可用于检测压力的阵列式柔性传感器，解决了打印过程中的材料、设备等问题，提出压力检测的模型，适用于常规环境的检测与监控。

[1]刘扬，汪胜祥．三维柔性超常材料的研究进展［J］．硅谷，2013，6(10):5－6

[2]陈萌.柔性触觉传感单元制备及测试［D］．太原:中北大学，2015

[3]吕晓洲．用于电子皮肤的新型压力传感器的研究［D］．上海:东华大学，2012

本课题来源于国家自然基金“基于数字化微滴喷射工艺的异质材料零件直接制造基础研究”（项目编号：61273243）；江苏省高校自然科学基金“微喷三维打印导电银浆成型基础研究”（项目编号：15KJB510018）。