[发明专利]利用3D打印技术制作传感器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用3D打印技术制作传感器的方法，属于利用3D打印技术制作传感器的方法技术领域。

背景技术

在开发传感器的过程中，完成了传感器的结构设计后，如何将设计好的传感器加工出来是设计人员面临的一大问题。传统的产品成型工艺包括铸造、塑性加工、焊接、CNC车床加工等，通常而言，传统的成型技术在传感器开发方面具有以下不足：

1、加工周期长

传统的成型技术在设计完成后，需要将所涉及的三维设计图首先转化为二维平面图，再交给专业的工厂进行制作。整个过程需要双方技术人员频繁的沟通，以将设计意图全部传达给生产厂家，这不仅涉及到技术保密的问题，而且整个过程费时费力，大量的时间被用在了等待上面，且往往最终得到的产品还与设计初衷有所偏差，不利于传感器的初期开发。

2、小批量生产造价昂贵

对于传统成型技术而言，随着生产线的完善，制造成本会随着产量的增加而不断下降，因此在一个成熟的传感器达到量产阶段后，采用传统成型技术进行流水线式的生产是可以有效控制成本的。然而，在传感器研发初期，往往需要针对传感器进行小批量的试制，并通过室内室外实验来不断优化传感器的设计，若采用传统成型技术，高昂的制造成本将大大提高传感器的开发门槛。

3、难以加工复杂外形的传感器

针对传统的成型技术，以车床加工为例，需要针对设计方案设计一套加工流程，而且许多非标准形状的工件加工起来极其困难(如椭圆，不规则表面等)，而迫使设计人员不得不放弃一些原本很好的设计，且设计人员需具有一定的成型经验，从而在设计中规避一些实现起来比较困难的方案，这无疑大大提高了传感器开发的门槛，同时也限制了许多非常有实用价值的设计。

4、加工精度受限

传统成型技术的加工精度受限于不同加工方式。其中加工精度比较高的如CNC数控机床，国内领先技术可达到0.01mm，而世界领先技术可达到0.0001mm，这样的精度是可以用于制作传感器的，但其造价过于昂贵，特别是进行小批量的试制。而价格较为低廉的传统机床，精度依操作人员水平、设备情况而有很大差异，难以定量分析，这对于传感器初期的研究，特别是结合起和尺寸关联性极大的有限元模拟等室内实验，是十分不利的。因此，利用传统成型技术进行传感器的加工，无疑会给制造者带来较大的不便。

近年来，3D打印技术的发展为传感器的制造提供了新的思路。3D打印技术是一项革命性的技术，其思想起源于19世纪末，美国的一项分层构造地貌地形图的专利，随后在美国迅速发展。我国则在20世纪90年代初开始3D打印技术的研发，其中以华中科技大学的LOM、SLS装备，西安交通大学的SL装备和北京航空航天大学的激光快速成型装备最具代表性。

与传统的加工方式相比，3D打印通过使用特制的设备将材料一层层地喷涂或熔结到三维空间中，逐层完成对象的制作，极大地降低了制造的复杂程度。首先突破了传统制造技术在形状复杂性方面的技术瓶颈，能快速制造出传统工艺难以加工的复杂形状和结构特征。而传感器为了实现对特殊物理量的测量，通常具有较为复杂的结构，若采用传统加工制造代价高昂，甚至难以实现。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种利用3D打印技术制作传感器的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用3D打印技术制作传感器的方法，

步骤一、传感器设计：利用三位建模软件进行传感器的设计，以获得用于3D打印的数字化三维模型；

步骤二、3D打印：根据传感器的设计要求，选择3D打印材料进行3D打印；

步骤三、传感器三维模型的切片与曲面的近似：打印传感器，3D打印逐层添加材料，将三维模型转变为包含打印层信息的打印模型；切片层是一个有复杂底面的柱体，它将薄层外侧表面简单化为与底面相互垂直，这时切片的轮廓是连续的曲线，形成具有复杂曲面的实体是有很多个小台阶的片层堆积的结果，打印头行至轮廓处时将停止并另起一行，打印机的打印形成的薄层其轮廓就不再是连续的曲线，而是锯齿状的，将材料添加的行宽和打印头行走的步长控制的足够小，最终形成的轮廓其光滑程度满足工程要求；