[发明专利]传感弹性泡沫及其多通道同轴挤出的增材制造设备与方法

说明书

本发明涉及柔性电子技术及增材制造领域，尤其是涉及一种传感弹性泡沫及其多通道同轴挤出的增材制造设备与方法。本发明的传感弹性泡沫为弹性介电单元，由不少于3层的多孔网格堆叠形成，每层多孔网格由核‑壳线条结构单元交织形成，所述核‑壳线条结构单元包括弹性线条单元、传感单元和导线单元，其中所述传感单元和导线单元为核，弹性线条单元为壳。本发明采用多通道同轴挤出的增材制造设备制备传感弹性泡沫，通过在线调节打印参数达到切换打印不同线条模式的目的，从而完成传感弹性泡沫各个不同功能单元的连续制造。

技术领域

本发明涉及柔性电子技术及增材制造领域，尤其是涉及一种传感弹性泡沫及其多通道同轴挤出的增材制造设备与方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，越来越多的电子产品转向柔性化和个性化定制，如可穿戴设备、柔性电路天线、微波电缆、电子皮肤等，这些电子产品不仅要求电子元件的正常运转，还要求电子元件可随着用户的需要进行弹性形变，也就需要其中的柔性传感器，既有传感功能，也具有弹性形变，这样的需求无疑对传统制造产生巨大挑战。现有柔性传感器的相关研究制造，是通过铸模的方式将导电材料嵌入到弹性材料中并进行封装成型。但是现有柔性传感器的相关研究制造存在以下局限性：（1）现有的柔性传感器采用传统铸模方式制造，需要事先制造模具，生产成本很高，并且如果根据不同的需要进行不同的工艺调整，还要根据需要进行模具的更换，造成人力、时间和成本的大量浪费；（2）现有的柔性传感器由于上述因素，难以满足用户越来越多的个性化定制要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种传感弹性泡沫及其多通道同轴挤出的增材制造设备与方法。本发明传感弹性泡沫的多通道同轴挤出的增材制造设备及方法克服了传统掩模、分层制造方式存在的问题，具有成型速度快、适用材料广、过程不间断，定制化程度高等诸多优点，整体节约人力、时间和生产成本。

为解决现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：一种传感弹性泡沫，所述传感弹性泡沫为弹性介电单元，由不少于3层的多孔网格堆叠形成，每层多孔网格由核-壳线条结构单元交织形成，所述核-壳线条结构单元包括弹性线条单元、传感单元和导线单元，其中所述传感单元和导线单元为核，弹性线条单元为壳。

进一步地，所述弹性线条单元的线宽为500-2000微米，壁厚为100-2000微米；所述传感单元的线宽为10-1500微米，所述导线单元的线宽为10-1500微米。

进一步地，所述多孔网格的图案类型为纵横交错型、三角形或六边形中的一种。

一种多通道同轴挤出的增材制造设备，包括空压机、气路分线头、电子气压阀、连接气管、装载料筒、多通道同轴喷头、XYZ运动模组、夹具及机身，所述机身上设置有XYZ运动模组，装载料筒通过夹具固定在机身上，空压机通过气路分线头及连接气管与装载料筒及多通道同轴喷头连接，所述气路分线头与装载料筒之间设置有电子气压阀，用于控制不同模式线条的挤出，所述多通道同轴喷头位于Y运动模组的正上方。

进一步地，所述多通道同轴喷头包括第一通道、第二通道和第三通道，三个通道在同轴喷头内部，互不联通，并在喷头末端汇聚，成高度差，其中第三通道包络第二通道，第二通道包络第一通道，喷头总体尺寸为0.6-1.5 mm。

进一步地，所述装载料筒包括传感材料筒、导线材料筒和弹性材料筒，其中所述传感材料筒与第一通道连接，传感材料从第一通道挤出；

所述导线材料筒与第二通道连接，导线材料从第二通道挤出；

所述弹性材料筒与第三通道连接，弹性材料从第三通道挤出。

进一步地，所述传感材料包含碳基导电液、碳基导电膏、导电聚合物水凝胶、导电离子凝胶中的一种或多种，传感材料的导电率为10²~10⁵ S/m，适用黏度为10²~10⁶ cps；