2023年5月9日，美国格拉斯哥大学的研究人员在《Additive Manufacturing》上发表题为Fully 3D printed piezoelectric pressure sensor for dynamic tactile sensing的研究论文，报道了采用DIW直写多材料3D打印工艺制备压电压力传感器，包括传感材料、电极、封装材料。实验表明该工艺制造的传感器具有良好的性能和一致性。
//doi.org/10.1016/j.addma.2023.103601
研究简介
直写多材料增材制造作为一种多功能和资源高效的技术，可用于制备低成本的传感器和嵌入式电子系统。本研究提出了一个完全3D打印的压电传感器，采用P(VDF-TrFE)-BaTiO3作为活性材料，制备了具有不同浓度的BaTiO3填料的传感器，以演示该方法在优化性能的器件打印中的应用。FT-IR证实，3wt . %填料负载由于β相含量较高，产生了3V的最高电压输出。该装置在0 ~ 60 kPa的工作范围内表现为线性响应，连续工作2200s保持稳定。通过制造3个器件并检测其输出变化小到可以忽略不计的实验，证实了该制造方法的可重复性。最后，为了验证传感器在实际应用中的潜在用途，研究人员将传感器安装在假手上，并根据动态触觉数据识别不同硬度的物体。
研究内容解读
本研究使用导电和功能墨水通过多材料DIW 3D打印制备了一个完全3D打印的压电压力传感器。传感材料、电极、封装材料均采用同一工艺打印。传感材料为P(VDF-TrFE)基复合材料和BaTiO纳米填料。在共聚物中加入BaTiO3增加了其β相分数，并且该传感器中的压电材料不需要极化。该压电式压力传感器在5 - 60kpa的测试压力范围和0.3 - 0.8 Hz的测试频率范围内，产生的电压呈线性增长。3D打印的传感器还显示出稳定的循环响应，在30kPa下为~2.5 V并持续2000秒以上，同时显示出器件之间的极小的变化(<±5%)。样品之间的微小差异可能是由于复合墨水/浆料中填料颗粒分布的不均匀性(特别是在打印阶段），以及打印层的厚度不均匀。如此小的变化可通过适当的读出/信号调理电路进行调控。研究人员将该传感器安装在假手上，并成功地用于感知动态触觉信息，以推断不同抓取物体的硬度。这项工作促进了传感器和电子设备的多材料3D打印的发展，为完全嵌入式3D打印电子系统的进一步发展提供了更多的可能性。
图1 在3D打印机玻璃床上打印压电压力传感器的制作步骤。
图2 多材料3D打印压力传感器的构造图。
图3 全3D打印压电压力传感器的制造过程。
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中国九游会科技团队自主研发DIW精细直写3D打印机，支持众多打印材料体系，涵盖了药物分剂量打印、药物新剂型研发、新陶瓷材料研发应用、生物水凝胶美容研发、仿生组织器官、组织工程支架、细胞工程培植与研究等大多数生物、药物3D打印应用场景。目前已应用于多所高校、研究所、医院等不同科研项目，为科研生产推进带来极大的帮助和支持。
