3D打印機(jī)和傳感器背后的技術(shù)在過(guò)去幾年中分別經(jīng)歷了可觀的增長(zhǎng)和進(jìn)步。但隨著這兩種技術(shù)的整合，創(chuàng)造出優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，要面臨的挑戰(zhàn)也不少。

　　傳感器3D打印概述

　　在過(guò)去的幾年中，增材制造（AM）（通常稱為3D打印）已經(jīng)改變了許多工業(yè)和學(xué)術(shù)應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的制造工藝，通過(guò)使用該技術(shù)，用戶能夠以更快的速度生產(chǎn)幾何形狀復(fù)雜的零件。

　　當(dāng)用于傳感器的制造時(shí)，3D打印具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，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(gè)傳感器的功能外，還可以在制造過(guò)程中的任何時(shí)候開(kāi)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(jié)構(gòu)中。

　　3D打印傳感器的優(yōu)勢(shì)

　　3D打印機(jī)的成功之處在于其傳感器的多重優(yōu)勢(shì)以及其增材制造和容納制造，這提供了獨(dú)特的傳感器創(chuàng)建范圍。3D打印傳感器顯示了3D打印技術(shù)的廣泛勝利——打印足夠的傳感器的能力擴(kuò)大了更多的傳感器可用性及應(yīng)用范圍。

　　首先，使用3D打印機(jī)創(chuàng)建傳感器的先天優(yōu)勢(shì)是，它能夠通過(guò)連接到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備一起印刷，生產(chǎn)。在接口板或萬(wàn)用表的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中集成傳感器，消除了對(duì)額外成本和資源的需求。

　　其次，3D打印機(jī)創(chuàng)建傳感器更快。

　　大型公司通常使用3D打印來(lái)創(chuàng)建原型。當(dāng)3D打印機(jī)在產(chǎn)品最終制造之前構(gòu)建原型時(shí)，該過(guò)程稱為快速原型制作。這包括使用三維計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)快速實(shí)現(xiàn)對(duì)象的比例模型或物理零件集合的一組技術(shù)。此外，3D打印機(jī)還可以直接從一個(gè)來(lái)源生成多功能的對(duì)象和設(shè)備，從而有效地節(jié)省了時(shí)間，減少了材料浪費(fèi)并減少了過(guò)多的機(jī)械使用。有一些具有成本效益的3D打印機(jī)可以使此過(guò)程更容易實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而，這種可訪問(wèn)性也有機(jī)會(huì)使3D打印傳感器的應(yīng)用范圍更廣。

　　還有，如果企業(yè)可以應(yīng)用3D打印技術(shù)，尤其是在傳感器等設(shè)備上，則可以提供創(chuàng)造性的選項(xiàng)來(lái)定制公司產(chǎn)品。隨著3D打印機(jī)的生產(chǎn)能力的擴(kuò)展和其技術(shù)的日益普及，對(duì)打印技術(shù)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(shí)用且有用的設(shè)備。

　　最后，如果公司開(kāi)始在其產(chǎn)品中生產(chǎn)嵌入式傳感器，則他們可以系統(tǒng)且有效地獲取客戶反饋。例如，傳感器可以檢測(cè)人們對(duì)其產(chǎn)品的切實(shí)互動(dòng)。因此，這些傳感器可以監(jiān)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(fù)雜的電路，因此這些3D打印傳感器可以被現(xiàn)有的開(kāi)源設(shè)備查看，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)傳感器與與客戶互動(dòng)。

　　3D打印傳感器的類型及發(fā)展情況

　　3D打印技術(shù)已成功集成到多種類型的傳感器的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)和制造中，包括力，應(yīng)變，壓力，觸覺(jué)，位移，電磁，腦電圖（EEG），聲學(xué)，光學(xué)，超聲和生物傳感器。

　　力傳感器

　　力傳感器通過(guò)測(cè)量作為內(nèi)部結(jié)構(gòu)元素的撓曲的位移或應(yīng)變并將這些施加的力轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)來(lái)發(fā)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(cè)多個(gè)方向的扭矩，因此這些設(shè)備的傳統(tǒng)制造經(jīng)常需要將多個(gè)傳統(tǒng)傳感器耦合在一起的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

　　結(jié)果，通用商業(yè)力傳感器要么非常笨重，要么實(shí)用性有限。通過(guò)3D打印技術(shù)生產(chǎn)的力傳感器價(jià)格便宜，易于定制，并且可以以更快的速度生產(chǎn)。

　　實(shí)際上，3D打印使用戶可以為特殊應(yīng)用（例如醫(yī)療設(shè)備，汽車部件，樂(lè)器，機(jī)器人和計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備）定制力傳感器的配置。

　　光學(xué)傳感器

　　將3D打印技術(shù)結(jié)合到光學(xué)傳感器生產(chǎn)中的主要優(yōu)勢(shì)之一是能夠?qū)⑦@些傳感器的所有組件（例如鏡子和透鏡）減少到一個(gè)簡(jiǎn)單的打印樣本中。

　　最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)成功地創(chuàng)建了一種輕巧且便宜的光纖振動(dòng)傳感器，該傳感器專門(mén)設(shè)計(jì)用于大功率電機(jī)。在他們的工作中，傳感機(jī)制是通過(guò)一個(gè)刀片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該刀片已連接到可彎曲的薄膜上，該葉片可調(diào)節(jié)光強(qiáng)度。

　　腦電傳感器

　　腦電圖（EEG）是神經(jīng)科醫(yī)生用來(lái)評(píng)估患者大腦電活動(dòng)的有價(jià)值的診斷工具。EEG技術(shù)的最新進(jìn)展已使這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)以支持癲癇診斷和中風(fēng)康復(fù)的可穿戴設(shè)備的形式在臨床環(huán)境之外使用。

　　盡管取得了這一進(jìn)展，但可穿戴式EEG暴露于濕氣中仍會(huì)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(zhǎng)期穩(wěn)定性差。

　　為了克服這些挑戰(zhàn)并提高傳感器性能，曼徹斯特大學(xué)最近開(kāi)展的工作發(fā)現(xiàn)3D打印機(jī)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(dǎo)電膠。

　　與標(biāo)準(zhǔn)濕式電極相比，這些科學(xué)家進(jìn)行的工作發(fā)現(xiàn)，他們的3D打印電極生產(chǎn)成本低廉，并且可以輕松進(jìn)行優(yōu)化以滿足每個(gè)用戶的需求。

　　未來(lái)的挑戰(zhàn)

　　3D打印傳感器只是通過(guò)3D打印技術(shù)輕松創(chuàng)建的眾多復(fù)雜設(shè)備中的一部分。盡管3D打印傳感器領(lǐng)域前景大好，但該行業(yè)內(nèi)仍然存在著巨大的挑戰(zhàn)，并限制了未來(lái)的傳感器生產(chǎn)。

　　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(shù)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(huì)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(guān)3D打印傳感器的耐用性和整個(gè)生命周期的信息。盡管這一挑戰(zhàn)很大程度上歸因于這些傳感器的新穎性，但未來(lái)的工作必須考慮每個(gè)生產(chǎn)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(shù)是否有助于增加還是解決電子廢物。