3D打印傳感器的案例
極限電流氧傳感器在測量密閉腔體中的微量氧應用方案
在此工采網小編推薦使用奧地利SENSORE 3D打印傳感器/氧化鋯氧氣傳感器 - SO-D1-020-A300C。
3D打印傳感器/氧化鋯氧氣傳感器SO-D1-020-A300C可以測量0.01~2%的氧氣濃度，精度高，交叉靈敏度低，使用壽命長，在多數情況下只需進行一次單點校準，封裝為螺紋外殼，帶燒結金屬頂，線長為3米，多應用于金屬激光燒結3D打印。
3D打印傳感器/氧化鋯氧氣傳感器SO-D1-020-A300C工作原理:
因為在氧化鋯電解質中電流的載體是氧離子，所以當電壓施加到氧化鋯電解槽時，氧氣通過氧化鋯盤被抽到陽極。如果給電解槽陰極加上一個帶孔的蓋子，氧氣流向陰極的速率就會受到限制。受到這個速率的限制，隨著所施加的電壓逐漸增加，電解槽內的電流會達到飽和。這個飽和電流被稱為極限電流，它與周邊環境中的氧氣濃度成正比。
展開 SFU研究人員使用纖維素材料來3D打印無線物聯網傳感器
西蒙弗雷澤大學的機電一體化系統教授Woo Soo Kim和瑞士研究人員正在開發一種環保的3D打印解決方案，用于生產無線物聯網（IoT）傳感器。該研究團隊正在使用木材衍生的纖維素材料來取代目前用于電子產品的塑料和聚合物材料。可以使用和處理該解決方案而不會污染環境。此外，3D打印還使他們能夠在3D形狀或紡織品上添加或嵌入功能，從而創造更多功能。他們的研究發表在2月份的“高級電子材料”雜志上。
“我們的環保型3D打印機纖維素傳感器可他們的生活中無線傳輸數據，然后可以進行配置而不污染環境。”團隊領導Kim表示，在SFU的薩里校園機電系統工程學院的一位教授說。該研究正在薩里的PowerTech實驗室進行，該實驗室擁有幾臺用于推動研究的最先進的3D打印機。
“這種發展將有助于促進綠色電子，例如，從印刷電路板的廢物是污染環境的危險。如果我們能夠改變塑料在PCB到纖維素上的復合材料，金屬部件的循環可以用更簡單的方式收集。“
Woo Soo Kim還與科學技術的的大邱慶北院（DGIST）的機器人技術工程部門PROTEM CO INC合作，這是一家技術型公司，由一隊韓國研究人員領導，主要業務是印刷導電油墨材料的研究。
在第二個項目中，研究人員在壓花加工技術方面取得了新的突破。這允許它們在柔性聚合物基板上自由地印刷精細電路圖案，柔性聚合物基板是電子產品的必要組件。壓花技術以低成本應用于精確圖案的質量壓印。
同時，該團隊成功開發了一種精確的位置控制系統，可以直接印記圖案，從而形成一種新的工藝技術。這將對半導體工藝，可穿戴設備和顯示器工業中的使用產生廣泛的影響。
來源：正好3D打印網
展開 科學家開發出能夠檢測水分變化的3D打印塑料復合傳感器
由馬德里自治大學（UAM）的Pilar Amo-Ochoa領導的西班牙 、以色列科學家團隊開發了一種多功能3D打印塑料復合傳感器，能夠檢測微量水。 3D可打印材料無毒，在潮濕條件下顏色從紫色變為藍色。
“了解特定環境或材料中存在多少水是很重要的。”DESY科學家Michael Wharmby解釋說。 “例如，如果油中含有過多的水，則可能無法很好地潤滑機器，如果燃油中含有過多的水，則可能無法正常燃燒。”
科學家的新型傳感器材料是一種所謂的銅基配位聚合物，一種水分子與中心銅原子結合的化合物。他們使用Deutsches Elektronen-Synchrotron（DESY）光源PETRA III來分析加熱時材料的變化。 “將化合物加熱到60攝氏度時，顏色從藍色變為紫色。”Pilar Amo-Ochoa報道。將材料加熱至60℃，除去與銅原子結合的水分子，最終引起顏色變化。 “這種變化可以通過將其置于空氣中，將其置于水中，或將其置于含有微量水的溶劑中來逆轉。”
“在理解了這一點之后，我們能夠對這種變化的物理模型進行建模。”馬德里材料科學研究所（ICMM-CSIC）的JoséIgnacioMartínez解釋道。然后科學家們將銅化合物混合成3D打印墨水，并在幾種不同的形狀下印刷傳感器，這些傳感器在空氣和水中進行測試。這些測試表明，3D打印物體對水的存在比對化合物本身更敏感。在溶劑中，印刷傳感器可在不到兩分鐘的時間內檢測到0.3％至4％的水。
如果在無水溶劑中干燥或通過加熱干燥，則材料變回紫色。詳細的調查表明，即使在許多加熱循環中材料也是穩定的，并且銅化合物均勻地分布在整個印刷傳感器中。此外，該材料在空氣中在至少一年內是穩定的，并且在生物相關的pH范圍內也是5至7。
展開 極限電流型氧化鋯氧氣傳感器在3D打印手套箱中的應用
高分子材料3D打印
在高分子材料 3D 打印中，手套箱可以控制打印環境的濕度和溫度，減少材料的收縮和變形。同時，手套箱還可以防止材料受到灰塵和雜質的污染，提高打印精度。
對于一些特殊的高分子材料，如生物可降解材料、導電高分子材料等，手套箱可以提供一個特定的氣氛環境，滿足材料的打印要求。例如，在生物可降解材料的3D打印中，手套箱可以控制氣氛中的氧氣含量，防止材料過早降解。
3. 陶瓷3D打印
通過對陶瓷3D打印的手套箱的巧妙運用，不僅可有效的防止了陶瓷粉末的氧化和吸濕，對提高了3D打印的件的質量和性能都有著較大的促進作用。通過對打印過程的精細的控制，手套箱不僅能將陶瓷的形制從無形的膠體轉化為有形的固體，還能對其燒結和致密化，從而為其賦予最終的理想的外觀和性能。
對于一些高性能的陶瓷材料，如氧化鋯、氧化鋁等，手套箱的作用尤為重要。在純凈的氣氛下進行打印，可以避免材料的雜質污染，提高打印件的強度和硬度。
監測與控制系統
為了實時保障水氧指標，3D打印手套箱配備了高精度的氧化鋯氧氣傳感器和露點傳感器。
工采網推薦的傳感器
極限電流型氧化鋯氧氣傳感器 - SO-D0-001 和 SO-D0-010：
工作原理：基于極限電流原理，當電壓施加到氧化鋯電解槽時，氧氣被抽到陽極。隨著電壓增加，電解槽內的電流會達到飽和，即極限電流，該電流與環境中的氧氣濃度成正比。
檢測范圍：0-1000ppm 和 0-1% 氧氣。
特點：高精度、輸出線性、信號對溫度依賴性小，適合惰性氣體手套箱環境。
德國GFS 露點傳感器 NP330-G：
測量范圍：-80°C DP 至 +20°C DP。
精度：±2°C dp。
特點：用于在線測量空氣中和腐蝕性氣體中的絕對水含量（露點），開關輸出可編程，用于警報信號。
展開 
近年值得關注的新興MEMS和傳感器技術
（相關研究機構：美國東北大學）
基于壓電MEMS超聲換能器（PMUT）的超聲體內收發器
圖片來源：美國東北大學
屏幕和3D打印傳感器
利用屏幕和3D打印傳感器的眾多令人興奮的創新中，有一個代表性例子是電位硝酸鹽土壤傳感器。這種傳感器成本低、可生物降解，可以大面積部署，以監測農場的土壤質量。不過，目前大多采用桌面式或業余愛好者工具來制作屏幕和3D打印傳感器件，因此必須在有可能商業化生產之前，開發新的制造設備和基礎設施。（相關研究機構：普渡大學）
硝酸鹽土壤傳感器
圖片來源：普渡大學
可生物降解的電池
紐約州立大學賓漢姆頓分校開發了一種紙質電池，巧妙地利用細菌代謝作為電解質，可以提供0.5 uW的電能。這些電池可以溶解在水中，有朝一日或能用于為臨時醫療植入物或可生物降解的傳感器供電。這項令人興奮的概念驗證原型，還需要大量的工藝開發和新的制造基礎設施。（相關研究機構：紐約州立大學賓漢姆頓分校）
紙基電池在浸入水中60分鐘后溶解
圖片來源：紐約州立大學賓漢姆頓分校
來源：MEMS
作者殷飛
展開 Mater.》3D打印鐵離子螯合碳點傳感的抗菌水凝膠敷料
傷口敷料很容易使用三維（3D）打印制造。水凝膠抗菌性能的新機制，其傳感能力，生物相容性以及3D打印傷口敷料貼片的能力使其成為制造高級傷口敷料的非常有前途的材料。
【圖文解析】
1.抗菌水凝膠制備示意圖
作者報告的是一種抗菌雙功能水凝膠，該雙功能水凝膠在液體環境中表現出較高的Fe3+離子隔離度，從而顯著降低了這些離子對細菌生長的可用性。圖1說明了水凝膠，它是通過醛改性的纖維素納米晶體（CNC）與載有氮摻雜的碳點（C-dots）和明膠的共價交聯形成的，這種凝膠剝奪了傷口上的病原體偏愛的離子鐵。在該后面，組織將此水凝膠稱為C-dot/EKGel。此外，當Fe3+離子被水凝膠吸收時，C點光致發光（PL）被淬滅，因此除了具有抗菌活性外，還提供了敷料的傳感能力。作為對照系統，作者使用了醛改性纖維素納米晶體和明膠（EKGel）交聯形成的水凝膠。
圖1. C-dot/EKGel作為傷口敷料的示意圖，該敷料剝奪了有利于細菌生長的Fe3+離子。螯合后，由于Fe3+離子吸附到C點表面，水凝膠熒光減弱。
2.水凝膠結構和熒光性能表征
圖2a（頂部）示意性地說明了使用乙二胺和硼酸作為前體試劑在CNC表面上氮摻雜C點的合成。通過6 h回流反應合成雜化C-dot/CNC納米顆粒（參見 實驗部分）。圖2b顯示了C-dot/CNC的代表性透射電子顯微鏡（TEM）圖像。使用CNC作為前驅體和C點合成的底物，可以得到分離良好的C點。在回流反應下，通過在CNCs（用作碳源）表面上的纖維素部分的轉化而形成的C點。圖2c顯示了C-dot/CNC納米顆粒的水懸浮液的消光和光致發光（PL）光譜。圖2c中的插圖顯示了C-dot/CNC懸浮液在白光和紫外光照射下的照片。
圖2.
展開 3D打印脊柱側彎矯形器
患者第一次穿戴矯形器的X光片
我們從案例中可以看出，相較于傳統矯形器，3D打印脊柱側彎矯形器能夠起到良好的矯形效果，減少制作步驟，簡化工藝流程，提高制作效率。并且改善患者治療體驗，讓青少年佩戴上美觀、重量輕的支具，最大程度降低對青少年日常生活的影響，符合數字醫療、精準醫療的理念和發展趨勢。
3D打印脊柱側彎矯形器的制作流程
3D打印優化設計熱交換器，性能提高了20倍
2021年9月22日，南極熊獲悉，伊利諾伊大學利用3D打印技術生產了下一代超小型熱交換器，實現了高達2000%的性能提升。
為了設計出創新的幾何形狀，工程師們開發了具有拓撲優化功能的三維熱交換器設計軟件。這款軟件專門用于優化現有的熱交換器設計，以最大限度地提高傳熱，同時最大限度地減少零件重量，這可能對能源、電子和航空航天等行業產生重大影響。
機械科學與工程教授William King說："我們開發了形狀優化軟件來設計高性能的熱交換器，軟件使我們能夠識別出與傳統設計明顯不同且更好的3D設計。"
△優化的3D打印熱交換器的效果圖，圖片來自伊利諾伊大學
熱交換器優化設計的必要性
熱交換器主要用來將熱能從A點轉移到B點。它們在很多行業中都非常重要，幾乎所有產生熱量的復雜系統都要用到熱交換器。包括發電系統、運輸、石油和天然氣加工、水淡化和消費電子產品的熱管理。
目前，全球范圍內有數以百萬計的熱交換器在使用，它們的性能和效率對于降低碳排放非常重要。人們需要高表面積的熱交換器，以促進有效的散熱，同時也要做到緊湊和輕巧。在像航空航天這樣的一些行業，部件的尺寸和質量對系統的性能、范圍和成本有直接影響。
在過去的幾十年里，熱交換器的設計并沒有什么變化。主要是受限于傳統制造技術，沒有能力制造復雜的結構，比如優化熱流的內部通道。然而，隨著金屬3D打印技術的發展，以前被認為不可能的3D熱交換器設計可以輕松地制造出來。所需要的只是一個專門的軟件工具來設計新的、更有效的設備。
優化的管中管熱交換器
開發團隊使用三維設計軟件，開發了一種特殊類型的熱交換器，叫作管中管交換器，經常用于飲用水系統和建筑能源系統中。管中管交換器的特點是內管嵌套在外管中。
展開 在體內3D打印心臟起搏器的微創手術
從中國科學院傳出消息，我國的科研人員第一次提出通過使用微型注射器來完成植入人體的醫療電子器件在人體中直接3D打印成型的技術，這一突破能讓包括心臟起搏器在內的植入式醫療器械在人體中直接“塑性”，讓患者免去了開胸手術帶來的痛苦。
由中科院理化技術研究所、清華大學聯合小組報道了一種基于液態金屬的可植入式生物醫學電子器件體內3D打印成型技術。研究文章發表在Nature出版集團系列期刊《科學報告》上。
科研人員首先將生物相容的封裝材料注射于體內固化形成特定結構，在此區域內進一步將導電性金屬墨水、絕緣型墨水乃至配套的微/納尺度器件等順次注射后形成目標電子裝置，通過控制微注射器的進針方向、注射部位、注射量、針頭移位及速度等3D打印步驟，在目標組織處按預定形狀及功能構建出終端器械。由于全部器件均采用基于微針的液相注射方式實現，因而整個手術過程達到了高度的微創性。
（來自OFweek3D打印網）
展開 通過3D打印技術進行熱交換器重塑
這個項目開發的帶有點陣結構的3D打印散熱器，比FCA集團生產的汽車中使用的汽車散熱器更輕，并且還可以保證其性能。
3D成像技術和CMOS傳感器的發展方向簡析
一. 3D成像和傳感市場
早期的3D成像和傳感技術主要應用于傳統的醫療和工業領域，但市場規模很小，數年來一直維持在1億美元以下。隨著近年來技術不斷取得突破，3D成像和傳感技術已經開始進軍消費電子和汽車電子領域，未來將迎來爆發式的增長。
據最新預計（圖1），3D成像與傳感的全球市場規模將從2017年的21億美元擴大至2023年的185億美元，年復合增長率達到44%。在2017年iPhone X Face ID采用了3D像機的觸發下，未來消費類3D成像和傳感市場將持續成為增長最快、規模最大的領域：從2017至2023年，消費類3D成像和傳感市場的年復合增長率將達到82%，到2023年的市占比將超過七成（圖2）。
圖1 2011~2023年3D成像和傳感市場預測
圖2 2017年和2023年3D成像和傳感細分市場占比
目前在移動消費市場，全球已經建立了完善的3D成像產業鏈（圖3）。由于技術領先，蘋果及其聯盟公司目前牢牢把控3D成像技術，預計Android陣營大規模普及3D成像可能要到2019年。屆時一旦Android智能手機的替代供應鏈就位，3D成像的市場的體量將快速增大。
在中國，諸多手機制造商已經開始布局3D成像技術：小米8探索版中搭載了3D人臉識別技術；OPPO和華為預計今年下半年相關機型也將會搭載3D傳感器。雖然中國在手機應用端已經在全球率先切入3D成像，但是3D成像供應鏈基本都是海外公司，國內供應鏈缺失。由于技術壁壘較高，未來中國廠商很難打進3D成像的供應鏈。
圖3 2018~2023年全球移動消費類3D成像生態鏈
二.
展開 
Ansys Lumerical Zemax Speos | CMOS 傳感器相機：3D 場景中的圖像質量分析
Speos 傳感器系統SSS導出器，用于組合 Speos 和 Lumerical 結果，并生成傳感器捕獲的電子地圖
由于此示例需要 Lumerical、Zemax OpticStudio 和 Speos 仿真，因此我們主要將自己限制為 Speos 仿真，如以下步驟所述：
第 1 步：使用 Zemax OpticStudio 進行鏡頭系統設計
在此步驟中，我們在Zemax OpticStudio中設計相機鏡頭系統，并導出該鏡頭系統的照明傳遞函數，并通過Speos（*.）將其格式化為可讀文件。OPTdistortion）。降階模型（ROM）生成的透鏡模型稱為Speos透鏡系統（SLS）。此操作對于鏡頭系統只需完成一次，這使我們能夠在之后在Speos中執行快速的光線追蹤相機模擬。
SLS可以將Zemax OpticStudio的主射線角曲線信息提取，生成 *.OPTdistortion文件用于Speos仿真。
第 2 步：Speos仿真
*.OPTdistortion文件被導入到Speos相機傳感器中，以定義相機系統的鏡頭性能，并在具有逼真照明條件的3D場景中評估傳感器感知。我們運行光線追蹤光度ROM相機模擬，比Speos中的完整鏡頭系統模擬快約100倍，并提取關鍵成像指標，如光譜輻照度圖。CMOS成像器傳感器前面的輻照度圖是根據下面所示的完整3D場景計算的，該場景在不同的環境照明條件下，包括白天，黑夜和夜晚。
運算Speos的仿真，得到能量仿真結果，以下是日間光源條件下camera的成像結果：
同樣可以得到顯示白天 3D 場景中測得的照度值圖。
可以通過measurement工具定義傳感器照度仿真結果的的測量區域，并捕獲白天從場景到傳感器的光。
展開 看GE通過3D打印重新定義熱交換器?
根據3D科學谷的市場研究，GE開發了新型的熱交換器，這種熱交換器是通過3D打印-增材制造方式來制造的。該熱交換器包括多個增材制造方法，使流體通道尺寸較小，具有較薄的壁而形成的流體通路，以及具有錯綜復雜的形狀，這些熱交換器使用先前傳統的制造方法無法制造出來。
更薄
帶來更高的效益
傳統的熱交換器包括大量的流體通道，每個流體通道使用板、棒、箔、翅片、歧管等的一些組合形成。這些部件中的每一個必須單獨定位，定向并連接到支撐結構，例如，通過釬焊、焊接或其他連接方法。
例如，用于燃氣渦輪發動機的一個特定熱交換器包括250個部件，這些部件必須組裝成單個不透流體的部件。與這種熱交換器的組裝相關的制造時間和成本非常高并且流體通道之間或來自熱交換器的流體具有泄漏的可能性，這種可能性通常由于形成的接頭的數量而增加。另外，傳統制造工藝還限制了熱交換器中的熱交換特征的數量，尺寸和配置。
GE通過3D打印重新定義了熱交換器。例如，流體通道可以是曲線的，并且可以包括小于0.25mm厚的熱交換翅片，并且形成為每厘米多于十二個熱交換翅片的翅片密度。另外，熱交換翅片可以相對于流體通道的壁成角度，并且相鄰的翅片可以相對于彼此偏移。 這種熱交換結構可以類似地用于汽車，航空，海事和其他工業中，以幫助流體之間的熱傳遞。
圖片來源：US10175003B2_additive manufacturing heat exchanger_GE
3D打印技術允許整體制造非常薄的翅片，例如具有介于約0.10mm和5.08mm之間厚度的翅片。制造極薄翅片的能力也使得能夠制造熱交換器具有非常大的熱交換特征密度。
展開 伺服液壓元件與執行器的3D打印（ 液壓傳動與控制）
作者：Prof A R Plummer，University of Bath
翻譯整理：騰益登
金屬3D打印的優勢：
金屬3D打印相對來說可以更容易的制作更加復雜的液壓元件，可按需添加金屬材料。
幾何結構優化，滿足設計要求，不受常規材料去除加工制造要求。
可實現元件數量的減少，裝配簡化，從而減少成本，提高可靠性。
對于小批量制造，節約制造成本，重復性高，節約材料。
樣品制造周期短，縮短產品研發周期。
粉末激光融化工藝：選擇性激光融化（SLM）工藝介紹。
傳統方法制造的兩級伺服閥閥體，力矩馬達，噴嘴，反饋桿和閥芯。
采用3D打印制造的伺服閥，結構簡單化。先導閥芯帶LVDT，主閥芯帶LVDT，閥體結構簡單。
3D打印伺服閥的剖面圖。
3D打印鈦合金閥體。
X光掃描檢查結果。
伺服閥最終樣品。
關于集成的航空執行器，3D打印取消了一些螺釘，管接頭，管路以及相關的接口等，使得其更輕，更緊湊。
Moog使用在機器人上面的3D打印電液執行器。液壓元件諸如先導閥，閥芯，過濾器，油缸，傳感器以及控制器等實現有效布置和互聯。
鉆孔交叉處的應力集中被消除；通過彎管，減小了壓降；避免交叉鉆孔，減小工藝堵和死區，提高液壓剛度。
展開 液體火箭發動機噴射器的3D打印設計優化
通過金屬3D打印的噴射頭將30個零散部件整合為1個整體式部件，并減重10%
馬庫斯·庫恩和伊利亞·穆勒在德國航天中心管理噴射頭項目，他們表示因為3D Systems的金屬打印在航空航天領域有成功的應用，所以他們此次選擇3D Systems作為合作伙伴。庫恩提到：“基于DMP金屬打印技術在航空方面的成功，我們認為3D Systems非常適合提供噴射頭的設計到制造，可以挖掘傳感器集成、燃料和冷卻劑分配的新可能性。”
火箭發動機的噴射器是燃料和氧化劑進入燃燒室的部分。成功的液體火箭燃料噴射器以特定方式推動部件，確保其霧化和適當混合，產生移動火箭所需的燃燒。
3D Systems的項目工程師科恩·惠特表示，德國航天中心設想的液體燃料噴射頭包含幾個性能都需要通過DMP打印技術才能辦到:”優化性能和冷卻功能、壓力和溫度傳感器通道
的復雜設計和簡化裝配和保持生產的一致性和可重復性，這一切都需要ProX? DMP 320。”
對3D打印噴射頭進行熱火試驗，顯示其具有良好的混合和燃燒效率
DMP金屬打印可以幫助德國航天中心達成以下目標:
· 通過燃料和冷卻劑分配的新可能性，優化零件性能
· 易于實現三維路徑壓力和溫度傳感器通道
· 消除中間生產和裝配環節
· 不受傳統制造方法的限制，獨立地優化熱、質量和水力性能
· 避免裝配故障點，提高整體設計的質量
· 減少加工步驟，生產集成度高的多功能噴射器
通過使用金屬3D打印，航空航天中心能夠徹底改變同軸噴射器的設計方法，無需多個組件，顯著降低生產時間和成本。零件數量從30減少到1有助于最終減重10%，并消除了緊固處已知的故障點，有利于減少相關的質量管控措施，提升了系統性能。
用精密金屬打印整合部件
3D Systems的應用工程師使用3DXpert軟件來準備噴射頭的文件進行打印。
展開 