一种基于3D打印技术的可拆卸压力传感器及其制备方法与流程

本发明涉及传感器领域，具体涉及一种基于3d打印技术的可拆卸压力传感器及其制备方法。

背景技术：

3d打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其在模具制造、工业设计、建筑工程以及医疗产业等领域中有重要应用。传统的压力传感器是以硅片为基材，不能利用性能优异的复合功能材料，其制备往往存在难以加工三维自由形状的结构，造成加工工艺复杂、成本高。并且传统的压力传感器的集成度很高，一旦功能出现问题，往往无法进行及时排查。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单、材料选择多样化、结构可拆卸化的基于3d打印技术的可拆卸压力传感器及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于3d打印技术的可拆卸压力传感器，包括感应组件、支撑组件以及信号处理组件；

所述感应组件包括基座以及应变片，所述应变片设置在所述基座表面；

所述支撑组件包括支撑座，所述支撑座上设置有定位孔，所述基座设置在所述支撑座上，且所述基座通过定位孔上的紧固件与所述支撑座固定连接

所述信号处理组件包括电路板，所述电路板设置在所述支撑块上，所述电路板与所述应变片通过导线连接，用于处理应变片产生的压力信息。

进一步，所述基座和支撑座为热塑性材料、光敏树脂或橡胶类材料制成。

进一步，所述支撑座侧面设置有容置腔，所述电路板设置在所述容置腔内。

进一步，所述应变片通过胶连或者焊接的方式与所述基座连接。

进一步，所述电路板接线端与应变片接线端均涂覆有导电胶，所述导线与电路板接线端以及应变片接线端上的导电胶连接。

本发明还包括一种基于3d打印技术的可拆卸压力传感器的制备方法，具体步骤包括：

步骤1、利用三位建模软件对传感器的基座以及支撑座进行结构设计，以获得用于3d打印的数字化三维模型；

步骤2、3d打印：根据传感器的设计要求，选择3d打印材料以及3d打印头的形状进行3d打印；

步骤3、待基座以及支撑座打印成型完毕后，对基座以及支撑座进行清洗，再进行静置冷却固化；

步骤4、将导电胶用刷子在电路板与应变片边缘处涂抹薄薄的一层，静止0-1小时待导电胶未完全干透，将导线的一端放置于应变片边缘处，另一端放置于电路板缘处，再将其静置1-4小时待导电胶干透；

步骤5、将接好导线的应变片、电路板分别装配到基座表面、支撑座上，通过紧固件将基座和支撑座固定在一起，形成具有测量功能的传感器整体结构。

进一步，所述3d打印材料为热塑性材料、光敏树脂以及类橡胶材料，且3d打印材料使用前进行超声处理，得到分散均匀的3d打印材料。

进一步，步骤3中，将加工好的基座以及支撑座做表面平滑处理，然后再将基座以及支撑座依次置于酒精、清洗液中各超声清洗处理5min；取出基座以及支撑座后将两者置于烘箱中14-60℃烘烤3-15min使其完全干燥，取出后自然冷却至室温。

进一步，步骤3中，在清洗基座以及支撑座时清洗液逐渐加温至30-60℃。

本发明的有益效果：

本发明具有制备工艺简单、材料选择多样化、结构可拆卸化、成本低、可批量制造等优点，同时一旦功能出现问题，可以及时进行排查的；本发明的压力传感器可通过软件导入经过设计的三维数字模型，可根据要求选择好材料，并通过3d打印制备出，其制备工艺简单、材料选择多样化。同时压力传感器是包括感应组件、支撑组件以及信号处理组件构成，每部分都具备相应的功能，并且可拆卸，一旦功能出现问题，可以及时进行问题排查。本发明的目的是以期应于传感器领域中制造和结构的改变，以解决传统的压力传感器工艺复杂、结构不合理而造成可靠性和排查问题容易程度不高。

附图说明

图1是本发明的一种基于3d打印技术的可拆卸压力传感器的结构示意图。

图2是本发明的一种基于3d打印技术的可拆卸压力传感器的工作原理图。

图中标号说明：1、基座；2、应变片；3、定位孔；4、支撑座；5、电路板；6、导线；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1-2所示，一种基于3d打印技术的可拆卸压力传感器，包括感应组件、支撑组件以及信号处理组件，所述感应组件以及信号处理组件设置在支撑组件上；

所述感应组件包括基座1以及应变片2，所述应变片2设置在所述基座1表面，基座1可以对外界作用的压力进行实时感应，应变片2可以对基座1上的作用力进行实时感应；

所述支撑组件包括支撑座4，所述支撑座4上设置有定位孔3，所述基座1设置在所述支撑座4上，且所述基座1通过定位孔3上的紧固件与所述支撑座4固定连接

所述信号处理组件包括电路板5，所述电路板5设置在所述支撑块上，所述电路板5与所述应变片2通过导线6连接，用于处理应变片2产生的压力信息，使电路板5能及时处理应变片2产生的电信号，可以实现电信号的实时处理。

当外界压力施加于基座1表面上时，会造成应变片2表面会因受到压力而发生较大的弯曲变形，从而引起自身电阻值变化。这些电阻值变化产生的电信号会经过导线6输出到电路板5中，对信号进行实时处理。在整个工作过程中，由定位孔3与支撑座4构成的支撑部分起着支撑作用，对感应组件与信号处理组件起到支撑，一旦功能出现问题，感应组件、支撑组件以及信号处理组件之间均可随时拆卸，并可以及时进行问题排查。

所述支撑座上设置有导向槽，所述基座上设置有与所述导向槽相匹配的导向凸起，所述导向槽与导向凸起配合时，可使得导向凸起抵接到导向槽底部时，可使得定位孔正对基座上的安装位置，提高装配效率。

所述基座上设置有两个定位孔。

所述应变片2的形状不限于方形、圆形以及u形，其可为针对基座1对外界作用的压力进行实时感应的形状。

所述基座1和支撑座4为热塑性材料、光敏树脂或橡胶类材料制成。

所述支撑座4侧面设置有容置腔，所述电路板5设置在所述容置腔内。

所述应变片2通过胶连或者焊接的方式与所述基座1连接。

所述电路板5接线端与应变片2接线端均涂覆有导电胶，所述导线6与电路板5接线端以及应变片2接线端上的导电胶连接。

本发明还包括一种基于3d打印技术的可拆卸压力传感器的制备方法，具体步骤包括：

步骤1、利用三位建模软件对传感器的基座1以及支撑座4进行结构设计，以获得用于3d打印的数字化三维模型；

步骤2、3d打印：根据传感器的设计要求，选择3d打印材料以及3d打印头的形状进行3d打印；

步骤3、待基座1以及支撑座4打印成型完毕后，对基座1以及支撑座4进行清洗，再进行静置冷却固化；

步骤4、将导电胶用刷子在电路板5与应变片2边缘处涂抹薄薄的一层，静止0-1小时待导电胶未完全干透，将导线6的一端放置于应变片2边缘处，另一端放置于电路板5缘处，再将其静置1-4小时待导电胶干透；

步骤5、将接好导线6的应变片2、电路板5分别装配到基座1表面、支撑座4上，通过紧固件将基座1和支撑座4固定在一起，形成具有测量功能的传感器整体结构。

所述3d打印材料为工程塑料、热塑性材料、光敏树脂以及类橡胶材料，且3d打印材料使用前进行超声处理，得到分散均匀的3d打印材料。

步骤3中，将加工好的基座1以及支撑座4做表面平滑处理，然后再将基座1以及支撑座4依次置于酒精、清洗液中各超声清洗处理5min；取出基座1以及支撑座4后将两者置于烘箱中14-60℃烘烤3-15min使其完全干燥，取出后自然冷却至室温。

步骤3中，在清洗基座1以及支撑座4时清洗液逐渐加温至30-60℃。

所述三位建模软件为solidworks，ug或pro/engineer。

利用软件导入经过设计的三维数字模型，并选择好材料，通过3d打印分别制备出基座1与支撑座4，并通过定位孔3把基座1与支撑座4牢牢固定在一起。用胶水把应变片2粘连在基座1表面上，把电路板5粘连在支撑座4上。分别在应变片2与电路板5的边缘处，用毛刷蘸上少量导电胶，然后等到导电胶未完全干燥时，用镊子夹取导线6的一端放置于应变片2边缘处，另一端放置于电路板5边缘处。过一段时间后，导电胶会自然风干，同时导线6也会牢牢固定在应变片2与电路板5边缘处，起连接作用。该压力传感器整个制备过程中具有工艺简单、低成本以及可批量制造等特点。

采用的3d打印工艺制备压力传感器基座1和支撑座4，使其具有较高的精度，可以制作复杂形状的微型结构，具有加工成本低、加工周期短、制作简便、材料选择多样化、结构一体化等优点。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。