用于制造磁电式压力传感器的多材料增材制造机械手
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阅读： 2022/12/13 13:46:29
将包括聚合物、陶瓷和金属在内的多种材料同时放置在所需位置，可以制造具有不同功能的产品，显著降低制造成本和时间。然而，由于固有的工作机制，现有的增材制造技术（AM）只能成形单种材料。
近日，华中科技大学材料学院史玉升教授团队在Science China Technological Sciences发表了题为“Multimaterial additive manufacturing manipulator for fabricating magnetoelectric pressure sensors”的论文，介绍了该团队研发的一台以激光束为热源的多材料AM机械手，并一体化制造了多材料磁电压力传感器。
文章首先介绍了自研多材料AM机械手：机械手和变位机作为运动平台，六爪末端执行器包含三对细丝输送/剪断装置，光纤激光器作为热源。将聚合物/陶瓷/金属丝集成到单个平台中，在功率可调激光的作用下，可实现多材料及复杂形状零件的成形（图1）。
图1. 适用于多种材料的AM机械手示意图（a）及实物（d）。（b），（c）六爪末端执行器的正视图和俯视图；（e）处于静止状态和（f）工作状态的末端执行器
然后通过AM机械手一体化制造出由磁性陶瓷复合材料作顶部、可压缩聚合物作中间层和导电金属作底部的磁电压力传感器，具体制造过程如下视频所示。图2显示出该磁电压力传感器可将施加的机械力转换为电，并在经历10000次压缩循环后仍能保持稳定。
1.308L、TPU和TPU/Nd2Fe14B丝材的成形
该研究可为多材料制造提供新的AM平台，这对未来嵌入式电子、传感器、软机器人及可定制设备的制备至关重要。
图2.（a）磁电压力传感器的工作原理；（b）~（d）不同振幅下，线圈平面的磁场强度分布；（e）在20%应变下的输出电压和（f）电流；（g）10000次压缩循环下，器件的电压值
华中科技大学材料学院博士生刘主峰为该文章第一作者，苏彬教授、张李超副教授为通讯作者。该研究得到了中国航天先进制造技术研究联合基金国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助。
转自：“中国科学杂志社”微信公众号
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