Hibrit 3D Baskı ile Üretilen Düşük Maliyetli Giyilebilir Malzemeler

Hibrit 3D Baskı ile Üretilen Düşük Maliyetli Giyilebilir Malzemeler, OkuGit.Com - Tarih, Güncel, Kadın, Sağlık, Moda Bilgileri Genel Bloğu

Harvard Üniversitesi’ndeki Wyss Enstitüsü, Harvard’ın John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’nda ve Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı’nda geliştirilen yeni hibrit 3D baskı tekniği, gerilebilir iletken mürekkepleri ve elektronik bileşenleri vücutla hareket eden esnek, dayanıklı giyilebilir cihazlarda birleştiriyor ve daha fazla programlanabilirlik sunuyor.

3d1 - Hibrit 3D Baskı ile Üretilen Düşük Maliyetli Giyilebilir Malzemeler

İnsan derisi, vücudun her hareketine uyum sağlamak için esnemeli ve gerilmelidir. Vücuda sıkıca takılan herhangi bir şey aynı zamanda kaslar ve eklemler etrafında esneyebilmelidir, bu da spandeks gibi sentetik kumaşların neden aktif giyimde popüler olduğunu açıklamaya yardımcı olur. Vücudun hareketlerini izlemeyi ve ölçmeyi amaçlayan giyilebilir elektronik cihazlar benzer özelliklere sahip olmalıdır, ancak sert elektrik bileşenlerini cildi taklit eden matris malzemeleri üzerine veya içine entegre etmenin zor olduğu kanıtlanmıştır. Bu tür bileşenler, kuvvetleri yumuşak malzemeler gibi geremez ve dağıtamaz ve esneklikteki bu uyumsuzluk, sert ve yumuşak öğeler arasındaki bağlantı noktasında gerilimi yoğunlaştırarak sıklıkla giyilebilir cihazların arızalanmasına neden olur.

3d2 - Hibrit 3D Baskı ile Üretilen Düşük Maliyetli Giyilebilir Malzemeler

Şimdi, Jennifer Lewis’in laboratuvarı Sc.D. Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) ve Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University ve J. Daniel Berrigan, Ph.D. ve Michael Durstock, Ph.D. ABD Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı’nda, yumuşak, elektriksel olarak iletken mürekkepleri ve sert elektronik bileşenlerle matris malzemeleri tek bir gerilebilir cihaza entegre eden, hibrit 3D baskı adı verilen, yumuşak elektronikler için yeni bir katmanlı üretim tekniği yarattı.

Boş bir mürekkep aplikatöründen uygulanan bir vakum, sert elektronik bileşenleri alıp yerleştirmek için kullanılır.

3d3 - Hibrit 3D Baskı ile Üretilen Düşük Maliyetli Giyilebilir Malzemeler

“Bu teknikle, elektronik sensörü doğrudan malzeme üzerine yazdırabilir, elektronik bileşenleri dijital olarak alıp yerleştirebilir ve sensörün veri sinyalini tek bir hamlede ‘okumak’ için gereken elektronik devre sistemini tamamlayan iletken ara bağlantıları yazdırabiliriz.” Çalışma tamamlandığında Wyss Enstitüsü’nde Personel Mühendisi olan ve şu anda Boston Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde tıp öğrencisi olan ilk yazar Alex Valentine diyor. Çalışma Advanced Materials’da yayınlandı. Gerilebilir iletken mürekkep, gümüş pullarla karıştırılmış esnek bir plastik olan termoplastik poliüretandan (TPU) yapılmıştır. Hem saf TPU hem de gümüş-TPU mürekkepleri, sırasıyla cihazların temelindeki yumuşak alt tabakayı ve iletken elektrotları oluşturmak için basılır. Valentine, “Hem substrat hem de elektrotlar TPU içerdiğinden, katman katman birlikte basıldıklarında kurutmadan önce birbirlerine güçlü bir şekilde yapışırlar,” diye açıklıyor Valentine. “Solvent buharlaştıktan sonra, her iki mürekkep de katılaşır ve hem esnek hem de gerilebilir entegre bir sistem oluşturur.” Mürekkep ve alt tabaka 3B baskılı olduğu için, iletken özelliklerin nerede desenlendiği üzerinde tam kontrole sahibiz ve neredeyse her boyut ve şekilde yumuşak elektronik cihazlar oluşturmak için devreler tasarlayabiliriz. Baskı işlemi, iletken mürekkepteki gümüş pulların kendilerini baskı yönü boyunca hizalamasına neden olur, böylece düz, plaka benzeri yanları, bir orman zemininde üst üste binen yapraklar gibi üst üste katmanlanır. Bu yapısal hizalama, basılı elektrotlar boyunca elektrik iletme yeteneklerini geliştirir. Will Boley, “Mürekkebin ve alt tabakanın 3D baskılı olması nedeniyle, iletken özelliklerin nerede desenlendiğini tam olarak kontrol edebiliyoruz ve neredeyse her boyut ve şekilde yumuşak elektronik cihazlar oluşturmak için devreler tasarlayabiliyoruz,” diyor. SEAS’taki Lewis laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı ve makalenin ortak yazarı. Gerildiklerinde elektriksel iletkenliklerinde değişiklikler gösteren iletken malzemelerden oluşan yumuşak sensörler (bu, hareketi nasıl algıladıklarıdır), bu verileri işlemek için programlanabilir bir mikro denetleyici çipi ve ayrıca verileri insanların yapabileceği bir biçimde ileten bir okuma cihazı ile birleştirilir. anlama. Bunu başarmak için, araştırmacılar basılı yumuşak sensörleri, elektronik bileşenleri alıp üzerine yerleştirmek için boş bir baskı nozülünden (normalde mürekkebin dağıtıldığı) mütevazı bir vakum uygulayan dijital bir “al ve yerleştir işlemi” ile birleştirdi. belirli, programlanabilir bir şekilde alt tabaka yüzeyi.

Eksiksiz bir hibrit 3B yazdırılmış cihaz esner ve vücudun şekline uyum sağlar.

Bu yüzeye monte elektrik bileşenleri (ör. LED’ler, dirençler, mikro çipler) doğası gereği sert ve sert olduğu için ekip, altta bulunan bileşenlere eklemeden önce her bileşenin altına bir TPU mürekkebi uygulayarak TPU’nun yapışkan özelliklerinden yararlandı. yumuşak TPU substratı. Kuruduktan sonra TPU noktaları, bu katı bileşenleri sabitlemeye ve tüm matris boyunca gerilimi dağıtmaya hizmet ederek, tamamen monte edilmiş cihazların işlevselliğini korurken yüzde 30’a kadar gerilmesine olanak tanır. Bu yöntem kullanılarak oluşturulan düz bir TPU tabakasına tutturulmuş 12 LED’den oluşan bir cihaz, LED’lerin ışığının yoğunluğunda azalma veya cihazın mekanik arızası olmadan tekrar tekrar silindirik bir şekle bükülebildi. Basit bir kavram kanıtı olarak, ekipleri bu katmanlı üretim tekniğinin tüm yeteneklerini göstermek için iki yumuşak elektronik cihaz yarattı. Bir gerinim sensörü, TPU ve gümüş-TPU-mürekkep elektrotlarının bir tekstil tabanına basılması ve bir mikro denetleyici çipi ve okuma LED’leri alma ve yerleştirme yöntemiyle uygulanmasıyla üretildi, bu da kullanıcının ne kadar olduğunu gösteren giyilebilir kılıf benzeri bir cihazla sonuçlandı. kol, LED’lerin art arda yanmasıyla bükülüyor. Bir kişinin sol ayağı şeklindeki bir basınç sensörü olan ikinci cihaz, deformasyon modelleri manuel bir elektrikle işlenen yumuşak bir TPU substratı üzerinde elektrik kapasitörleri oluşturmak için alternatif iletken gümüş-TPU elektrot katmanları ve yalıtımlı TPU’yu yazdırarak oluşturuldu. Bir kişi sensöre bastığında ayağın görsel bir “ısı haritası” görüntüsünü oluşturmak için okuma sistemidir.

Hibrit bir 3D baskılı cihaz, LED’leri arızalanmadan tekrar tekrar silindirik bir şekle dönüşebilir.

Ekip, hem malzemelerini hem de yöntemlerini optimize etmeye devam ederken, hibrit 3D baskı, sayısız elektronik cihaz üretmek için geniş ölçüde uygulanabilir. “Hem yazdırılabilir elektronik malzeme paletini genişlettik hem de elektronik bileşenlerin dijital” al ve yerleştir “ini mümkün kılmak için programlanabilir, çok malzemeli baskı platformumuzu genişlettik. Makalenin ilgili yazarı, Wyss Enstitüsü’nde Çekirdek Öğretim Üyesi ve Hansjörg Wyss olan Lewis, “Bunun, daha düşük maliyetli ve mekanik açıdan sağlam, özelleştirilebilir, giyilebilir elektronikler üretmeye yönelik önemli bir ilk adım olduğuna inanıyoruz” diyor. SEAS’ta Biyolojik Esintili Mühendislik Profesörü.

(Visited 2 times, 1 visits today)
Admin

Admin

Yorum Yazabilirsiniz

%d blogcu bunu beğendi: