三维印刷的测力传感器部件制造技术

技术编号:18843618 阅读:5 留言:0更新日期:2018-09-05 08:54
三维印刷测力传感器部件可以包括由熔融热塑性聚合物粒子形成的部件主体和由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质单独形成的多个应变传感器。所述多个应变传感器可以具有在第一末端处的第一电触点和在第二末端处的第二电触点。所述多个应变传感器的粒子可以连续熔合至该部件主体的粒子。

Three dimensional printing force sensor components

A three-dimensional printed force sensor component may comprise a component body formed by a molten thermoplastic polymer particle and a plurality of strain sensors formed by a conductive particle matrix interlocked with a molten thermoplastic polymer particle matrix. The plurality of strain sensors may have a first electrical contact at the first end and a second electrical contact at the second end. The particles of the plurality of strain sensors can be continuously melted into particles of the main body of the component.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维印刷的测力传感器部件专利技术背景测力传感器是一种可以将机械输入转化为电力输出的换能器。一些测力传感器包括一个或多个应变传感器,其通常由金属箔图案或类似材料制成。以使得测量的应变导致金属箔图案弯曲的方式放置这些应变传感器。根据弯曲方向,可以对金属箔图案施以压缩力或拉伸力。当金属箔图案被压缩时,金属箔图案的长度略微减小,厚度略微增加,这导致电阻的整体降低。当金属箔图案在拉伸应力下时,金属箔图案的长度略微增加,厚度略微减小,导致电阻提高。可以检测电阻的这些微小变化并将其与应变传感器经历的应变关联在一起。测力传感器的应变传感器可以附着到各种基材上,如聚酰亚胺膜、聚酯膜、陶瓷、玻璃、硅等等。该基材的两侧可以图案化以使得基材的弯曲在一侧产生压缩而在另一侧产生拉伸。在一些实例中,各侧上的金属箔图案可以以惠斯通电桥连接,产生指示传感器以及传感器附于其上的物体所经受的弯曲应力的大小和方向的输出电压。附图概述图1显示了根据本公开的实例制备的三维印刷的测力传感器部件的顶表面的视图。图2显示了根据本公开的实例制备的另一三维印刷的测力传感器部件的顶表面的视图。图3显示了熔融前的复合材料的一个层,其可用于制备根据本公开的实例的三维印刷的测力传感器部件。图4显示了熔融后的复合材料的一个层,其可用于制备根据本公开的实例的三维印刷的测力传感器部件。图5描绘了制备根据本公开的实例的三维印刷的测力传感器部件的示例性方法的流程图。图6显示了根据本公开的实例的测力传感器的一个实例。图7显示了根据本公开的实例的测力传感器的另一实例。图8显示了根据本公开的实例的测力传感器的另一实例。图9显示了根据本公开的实例的测力传感器的另一实例。图10描绘了电压与施加到本公开的实例的测力传感器的一个实例上的力之间关系的图。图11描绘了电压与施加到本公开的实例的测力传感器的另一实例上的力之间关系的图。该附图描绘了本公开技术的几个实例。但是,应当理解本技术不限于描绘的实例。专利技术详述本公开涉及测力传感器和3D印刷。更具体地,本公开提供了三维印刷的测力传感器部件、制造具有多个集成的应变传感器的三维印刷的测力传感器部件的方法、以及测力传感器。本文中描述的三维测力传感器部件可以具有由熔融热塑性聚合物粒子形成的部件主体和多个应变传感器。多个应变传感器可以分别由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质形成。所述多个应变传感器各自可以具有在第一末端处的第一电触点和在第二末端处的第二电触点。此外,所述多个应变传感器各自的粒子可以连续熔合至该部件主体的粒子。在一些实例中,所述多个应变传感器可以在印刷部件的表面上形成。在其它实例中,所述多个应变传感器可以嵌在该部件主体中,并且所述多个应变传感器的多个电触点可以在该印刷部件的表面上形成和/或延伸至该印刷部件的表面。在一些特定实例中,所述多个应变传感器各自可以具有1欧姆至1兆欧姆的电阻。在一个特定实例中,该导电粒子可以包括选自银粒子、铜粒子、金粒子及其组合的元素过渡金属粒子。在一些实例中,该熔融热塑性聚合物粒子可以包含选自炭黑、近红外吸收染料、近红外吸收颜料、钨青铜、钼青铜、金属纳米粒子、共轭聚合物或其组合的熔融剂。在附加实例中,所述多个应变传感器各自在该导电粒子基质、该熔融热塑性聚合物粒子基质或两者中进一步包含活化墨水。在进一步的实例中,该部件主体由在z轴方向上堆叠的熔融热塑性聚合物粒子的多个层形成,并且其中所述多个应变传感器各自至少部分在z轴方向上取向。在本文中还描述了制造具有多个集成的应变传感器的三维印刷的测力传感器部件的方法。该方法可以包括将导电熔融墨水分配到热塑性聚合物粒子层的多个传感器区域上,其中该导电熔融墨水包含导电粒子。该方法还可以包括将第二熔融墨水分配到该热塑性聚合物粒子层的非传感器区域上,其中该第二熔融墨水包含能够吸收电磁辐射以产生热量的熔融剂。此外,该方法可以包括用电磁辐射熔融多个传感器区域和非传感器区域以形成在多个传感器区域中的多个应变传感器和在非传感器区域中的部件主体。所述多个应变传感器可以各自包括与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质,该部件主体可以包括熔融热塑性聚合物粒子。所述多个应变传感器各自的粒子可以连续熔合至该部件主体的粒子。在一些实例中,所述多个应变传感器各自至少部分在z轴方向上取向形成,以使得各应变传感器延伸跨越该三维印刷的测力传感器部件的多个层。在一些实例中,所述多个应变传感器各自跨越相同的多个层形成。在其它实例中,第一组多个应变传感器跨越不同于第二组多个应变传感器的层而形成。在本文中还描述了测力传感器。该测力传感器可以包括沿第一电流通路电连接的第一组应变传感器,所述第一组应变传感器单独地由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质形成。此外,该测力传感器可以包括沿第二电流通路电连接的第二组应变传感器,所述第二组应变传感器单独地由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质形成。该第一电流通路与该第二电流通路可以是在共用电路中的并联电流通路。在一些实例中,第一组应变传感器和第二组应变传感器作为整体式(monolithic)主体的一部分形成。在一些实例中,第一组应变传感器和第二组应变传感器通过由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质形成的嵌入式内部电连接互连。考虑该总体概述,图1例示了三维(3D)印刷的测力传感器部件100的一个实例。该3D印刷的测力传感器部件可以包括主体110和多个应变传感器,如应变传感器120a、120b。该应变传感器可以具有在第一末端处的第一电触点121和在第二末端处的第二电触点122。该应变传感器可以与该部件主体一起整体形成。如图1中所示,所述多个应变传感器可以在该部件主体的表面上整体形成。但是,图2例示了3D印刷的测力传感器部件200的替代实施方案,其中多个应变传感器220a、220b嵌在该部件主体210中。为了便于与应变传感器的电接触,该应变传感器的多个电触点,如电触点221a、222a、221b、222b可以在该印刷部件的表面上形成和/或延伸至该印刷部件的表面。虽然图2显示了所述多个应变传感器各自的两个电触点在该部件主体的表面上形成和/或延伸至该部件主体的表面,在其它实施方案中,并非所有的电触点都必须延伸至该表面。例如,可以在所述多个应变传感器之间形成多个嵌入式连接。在一些情况下,当在所述多个应变传感器之间形成嵌入式连接时,延伸至部件主体表面的电连接的数量可能减少,如减少一半。这可以减少对外部布线以互连测力传感器中多个应变仪的需要。所述多个应变传感器各自可以单独地由在热塑性聚合物粒子基质中互锁的导电粒子形成。构成各应变传感器的导电复合材料更详细地显示在图3-4中。如图3中所示,各应变传感器可以由热塑性聚合物粒子330和导电粒子320形成。在制造3D印刷的测力传感器部件的方法的一个实例中,热塑性聚合物粒子的层300可以在粉末床三维印刷机中铺展。该层的单个传感器区域,如传感器区域310,可以印刷有包含导电粒子的导电熔融墨水。该导电粒子能够吸收来自电磁辐射的能量并将该能量转化为热量。非传感器区域340可以印刷有熔融墨水,其包含能够吸收来自电磁辐射的能量并将该能量转化为热量的熔融剂。该热塑性聚合物粒子层可以随后暴露于电磁辐射以提高该层的温度,使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三维印刷的测力传感器部件,包括:由熔融热塑性聚合物粒子形成的部件主体;和由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质单独形成的多个应变传感器,所述多个应变传感器各自具有在第一末端处的第一电触点和在第二末端处的第二电触点,其中所述多个应变传感器的粒子连续熔合至所述部件主体的粒子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.三维印刷的测力传感器部件,包括:由熔融热塑性聚合物粒子形成的部件主体;和由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质单独形成的多个应变传感器,所述多个应变传感器各自具有在第一末端处的第一电触点和在第二末端处的第二电触点,其中所述多个应变传感器的粒子连续熔合至所述部件主体的粒子。2.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件,其中所述多个应变传感器在所述印刷部件的表面上形成。3.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件,其中所述多个应变传感器嵌在所述部件主体中,并且所述多个应变传感器的多个电触点可以在所述印刷部件的表面上形成。4.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件,其中各应变传感器具有1欧姆至1兆欧姆的电阻。5.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件,其中所述导电粒子包含导电聚合物、金属、碳同素异形体或其组合。6.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件,其中所述熔融热塑性聚合物粒子包含选自炭黑、近红外吸收染料、近红外吸收颜料、钨青铜、钼青铜、金属纳米粒子、共轭聚合物或其组合的熔融剂。7.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件,其中各应变传感器在所述导电粒子基质、所述熔融热塑性聚合物粒子基质或两者中进一步包含活化墨水。8.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件,其中所述部件主体由在z轴方向上堆叠的熔融热塑性聚合物粒子的多个层形成,并且其中所述多个应变传感器各自至少部分在z轴方向上取向。9.制造三维印刷的测力传感器部件的方法,包括:将导电熔融墨水分配到热塑性聚合物粒子层的多个传感器区域上,其中所述导电熔融墨水包含...

【专利技术属性】
技术研发人员:S·查芬斯C·S·鲁普K·P·德坎
申请(专利权)人:惠普发展公司有限责任合伙企业
类型:发明
国别省市:美国,US

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