[發明專利]利用3D打印技術制作傳感器的方法

在審

• 申請號: 201710445297.6
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107187030A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 董澤蛟;張同心;馬憲永
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B29C64/141
• 分類號: B29C64/141;B29C64/386;B29C64/379;B22F3/105;B28B1/00;B33Y10/00;B33Y40/00;B33Y50/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 范光曄

技術領域

本發明涉及一種利用3D打印技術制作傳感器的方法，屬于利用3D打印技術制作傳感器的方法技術領域。

背景技術

在開發傳感器的過程中，完成了傳感器的結構設計后，如何將設計好的傳感器加工出來是設計人員面臨的一大問題。傳統的產品成型工藝包括鑄造、塑性加工、焊接、CNC車床加工等，通常而言，傳統的成型技術在傳感器開發方面具有以下不足：

1、加工周期長

傳統的成型技術在設計完成后，需要將所涉及的三維設計圖首先轉化為二維平面圖，再交給專業的工廠進行制作。整個過程需要雙方技術人員頻繁的溝通，以將設計意圖全部傳達給生產廠家，這不僅涉及到技術保密的問題，而且整個過程費時費力，大量的時間被用在了等待上面，且往往最終得到的產品還與設計初衷有所偏差，不利于傳感器的初期開發。

2、小批量生產造價昂貴

對于傳統成型技術而言，隨著生產線的完善，制造成本會隨著產量的增加而不斷下降，因此在一個成熟的傳感器達到量產階段后，采用傳統成型技術進行流水線式的生產是可以有效控制成本的。然而，在傳感器研發初期，往往需要針對傳感器進行小批量的試制，并通過室內室外實驗來不斷優化傳感器的設計，若采用傳統成型技術，高昂的制造成本將大大提高傳感器的開發門檻。

3、難以加工復雜外形的傳感器

針對傳統的成型技術，以車床加工為例，需要針對設計方案設計一套加工流程，而且許多非標準形狀的工件加工起來極其困難(如橢圓，不規則表面等)，而迫使設計人員不得不放棄一些原本很好的設計，且設計人員需具有一定的成型經驗，從而在設計中規避一些實現起來比較困難的方案，這無疑大大提高了傳感器開發的門檻，同時也限制了許多非常有實用價值的設計。

4、加工精度受限

傳統成型技術的加工精度受限于不同加工方式。其中加工精度比較高的如CNC數控機床，國內領先技術可達到0.01mm，而世界領先技術可達到0.0001mm，這樣的精度是可以用于制作傳感器的，但其造價過于昂貴，特別是進行小批量的試制。而價格較為低廉的傳統機床，精度依操作人員水平、設備情況而有很大差異，難以定量分析，這對于傳感器初期的研究，特別是結合起和尺寸關聯性極大的有限元模擬等室內實驗，是十分不利的。因此，利用傳統成型技術進行傳感器的加工，無疑會給制造者帶來較大的不便。

近年來，3D打印技術的發展為傳感器的制造提供了新的思路。3D打印技術是一項革命性的技術，其思想起源于19世紀末，美國的一項分層構造地貌地形圖的專利，隨后在美國迅速發展。我國則在20世紀90年代初開始3D打印技術的研發，其中以華中科技大學的LOM、SLS裝備，西安交通大學的SL裝備和北京航空航天大學的激光快速成型裝備最具代表性。

與傳統的加工方式相比，3D打印通過使用特制的設備將材料一層層地噴涂或熔結到三維空間中，逐層完成對象的制作，極大地降低了制造的復雜程度。首先突破了傳統制造技術在形狀復雜性方面的技術瓶頸，能快速制造出傳統工藝難以加工的復雜形狀和結構特征。而傳感器為了實現對特殊物理量的測量，通常具有較為復雜的結構，若采用傳統加工制造代價高昂，甚至難以實現。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，進而提供一種利用3D打印技術制作傳感器的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種利用3D打印技術制作傳感器的方法，

步驟一、傳感器設計：利用三位建模軟件進行傳感器的設計，以獲得用于3D打印的數字化三維模型；

步驟二、3D打印：根據傳感器的設計要求，選擇3D打印材料進行3D打印；

步驟三、傳感器三維模型的切片與曲面的近似：打印傳感器，3D打印逐層添加材料，將三維模型轉變為包含打印層信息的打印模型；切片層是一個有復雜底面的柱體，它將薄層外側表面簡單化為與底面相互垂直，這時切片的輪廓是連續的曲線，形成具有復雜曲面的實體是有很多個小臺階的片層堆積的結果，打印頭行至輪廓處時將停止并另起一行，打印機的打印形成的薄層其輪廓就不再是連續的曲線，而是鋸齒狀的，將材料添加的行寬和打印頭行走的步長控制的足夠小，最終形成的輪廓其光滑程度滿足工程要求；