Badacze z Purdue University opracowali nową metodę wykorzystania technologii druku 3D do tworzenia komponentów piezoelektrycznych. Materiały piezoelektryczne są zdolne do przekształcania energii mechanicznej w energię elektryczną i odwrotnie, co może mieć szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach. Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopiśmie Additive Manufacturing.
Naukowcy wykorzystali proces, który nazwali „Electric Polling assisted Additive Manufacturing” (EPAM), łącząc w nim ekstruzję poliwinyloidenofluorydu (PVDF) z wyładowaniem koronowym (częściowe rozbicie powietrza pod ciśnieniem atmosferycznym, inicjowane przez wyładowanie w niejednorodnym polu elektrycznym). Główne zalety tej metody to eliminacja potrzeby dodatkowego etapu procesowego oraz poszerzenie swobody projektowania, umożliwiające tworzenie komponentów piezoelektrycznych o bardziej zróżnicowanych kształtach. Podczas procesu druku 3D, filament jest wydłużany i elektrycznie zmieniany. Jednocześnie zachodzi w nim przekształcenie, które umożliwia wytworzenie aktywności piezoelektrycznej pięciokrotnie wyższej niż w przypadku innych metod.
Badacze użyli filamentu Arkema Fluor X Kynar PVDF na desktopowej drukarce 3D MakerBot Replicator 2. W kolejnym teście połączyli go z techniką direct ink writing (DIW) w celu stworzenia prostego obwodu.
Głównym celem badań jest opracowanie niskokosztowego procesu tworzenia czujników naprężeniowych o różnych kształtach. Pracą kierował Robert Nawrocki, asystent profesora w School of Engineering Technology na Purdue University.
Opublikowane wyniki badań wskazują na potencjalne zastosowania powstałych na drukarce 3D czujników piezoelektrycznych w rozwoju Internetu Rzeczy, elektroniki ubieralnej oraz miękkiej robotyki. Dzięki tej technologii możliwe jest tworzenie indywidualnych urządzeń noszonych oraz miękkich robotów wyposażonych w wydrukowane czujniki. Chociaż filament 3DXtech jest drogi ($190 za 750 g), proces druku 3D może być przeprowadzany na realtywnie tanich, desktopowych drukarkach 3D jak MakerBot Replicator 2 (model z 2013 r.), przy temperaturze zaledwie 200°C. Dzięki temu, metoda staje się relatywnie niskokosztowa.
Nowa technologia może przyczynić się do realizacji wizji powszechnego stosowania Internetu Rzeczy oraz elektroniki ubieralnej. Dzięki zastosowaniu piezoelektrycznych czujników drukowanych w 3D, urządzenia mogą monitorować i reagować na różne parametry, takie jak temperatura, ciśnienie czy wilgotność. Możliwości te mogą być szczególnie istotne dla miękkiej robotyki, która może korzystać z tych czujników do uzyskania lepszego zrozumienia swojego otoczenia i wykonywania bardziej precyzyjnych ruchów.
Jednakże, aby osiągnąć pełne potencjalne zastosowania tych technologii, konieczne jest dalsze badania nad optymalizacją procesu druku 3D i zwiększaniem jakości komponentów piezoelektrycznych. W przyszłości – jeżeli jakość uzyskanych części okaże się zadowalająca, może to prowadzić do tworzenia coraz bardziej zaawansowanych i elastycznych rozwiązań opartych na drukowanych 3D czujnikach.
Źródło: www.sciencedirect.com via www.3dprint.com
