CN108496055A - 三维印刷的测力传感器部件 - Google Patents

Abstract

三维印刷测力传感器部件可以包括由熔融热塑性聚合物粒子形成的部件主体和由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质单独形成的多个应变传感器。所述多个应变传感器可以具有在第一末端处的第一电触点和在第二末端处的第二电触点。所述多个应变传感器的粒子可以连续熔合至该部件主体的粒子。

Description

三维印刷的测力传感器部件

发明背景

测力传感器是一种可以将机械输入转化为电力输出的换能器。一些测力传感器包括一个或多个应变传感器，其通常由金属箔图案或类似材料制成。以使得测量的应变导致金属箔图案弯曲的方式放置这些应变传感器。根据弯曲方向，可以对金属箔图案施以压缩力或拉伸力。当金属箔图案被压缩时，金属箔图案的长度略微减小，厚度略微增加，这导致电阻的整体降低。当金属箔图案在拉伸应力下时，金属箔图案的长度略微增加，厚度略微减小，导致电阻提高。可以检测电阻的这些微小变化并将其与应变传感器经历的应变关联在一起。

测力传感器的应变传感器可以附着到各种基材上，如聚酰亚胺膜、聚酯膜、陶瓷、玻璃、硅等等。该基材的两侧可以图案化以使得基材的弯曲在一侧产生压缩而在另一侧产生拉伸。在一些实例中，各侧上的金属箔图案可以以惠斯通电桥连接，产生指示传感器以及传感器附于其上的物体所经受的弯曲应力的大小和方向的输出电压。

附图概述

图1显示了根据本公开的实例制备的三维印刷的测力传感器部件的顶表面的视图。

图2显示了根据本公开的实例制备的另一三维印刷的测力传感器部件的顶表面的视图。

图3显示了熔融前的复合材料的一个层，其可用于制备根据本公开的实例的三维印刷的测力传感器部件。

图4显示了熔融后的复合材料的一个层，其可用于制备根据本公开的实例的三维印刷的测力传感器部件。

图5描绘了制备根据本公开的实例的三维印刷的测力传感器部件的示例性方法的流程图。

图6显示了根据本公开的实例的测力传感器的一个实例。

图7显示了根据本公开的实例的测力传感器的另一实例。

图8显示了根据本公开的实例的测力传感器的另一实例。

图9显示了根据本公开的实例的测力传感器的另一实例。

图10描绘了电压与施加到本公开的实例的测力传感器的一个实例上的力之间关系的图。

图11描绘了电压与施加到本公开的实例的测力传感器的另一实例上的力之间关系的图。

该附图描绘了本公开技术的几个实例。但是，应当理解本技术不限于描绘的实例。

发明详述

本公开涉及测力传感器和3D印刷。更具体地，本公开提供了三维印刷的测力传感器部件、制造具有多个集成的应变传感器的三维印刷的测力传感器部件的方法、以及测力传感器。

本文中描述的三维测力传感器部件可以具有由熔融热塑性聚合物粒子形成的部件主体和多个应变传感器。多个应变传感器可以分别由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质形成。所述多个应变传感器各自可以具有在第一末端处的第一电触点和在第二末端处的第二电触点。此外，所述多个应变传感器各自的粒子可以连续熔合至该部件主体的粒子。

在一些实例中，所述多个应变传感器可以在印刷部件的表面上形成。在其它实例中，所述多个应变传感器可以嵌在该部件主体中，并且所述多个应变传感器的多个电触点可以在该印刷部件的表面上形成和/或延伸至该印刷部件的表面。在一些特定实例中，所述多个应变传感器各自可以具有1欧姆至1兆欧姆的电阻。在一个特定实例中，该导电粒子可以包括选自银粒子、铜粒子、金粒子及其组合的元素过渡金属粒子。在一些实例中，该熔融热塑性聚合物粒子可以包含选自炭黑、近红外吸收染料、近红外吸收颜料、钨青铜、钼青铜、金属纳米粒子、共轭聚合物或其组合的熔融剂。在附加实例中，所述多个应变传感器各自在该导电粒子基质、该熔融热塑性聚合物粒子基质或两者中进一步包含活化墨水。在进一步的实例中，该部件主体由在z轴方向上堆叠的熔融热塑性聚合物粒子的多个层形成，并且其中所述多个应变传感器各自至少部分在z轴方向上取向。

在本文中还描述了制造具有多个集成的应变传感器的三维印刷的测力传感器部件的方法。该方法可以包括将导电熔融墨水分配到热塑性聚合物粒子层的多个传感器区域上，其中该导电熔融墨水包含导电粒子。该方法还可以包括将第二熔融墨水分配到该热塑性聚合物粒子层的非传感器区域上，其中该第二熔融墨水包含能够吸收电磁辐射以产生热量的熔融剂。此外，该方法可以包括用电磁辐射熔融多个传感器区域和非传感器区域以形成在多个传感器区域中的多个应变传感器和在非传感器区域中的部件主体。所述多个应变传感器可以各自包括与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质，该部件主体可以包括熔融热塑性聚合物粒子。所述多个应变传感器各自的粒子可以连续熔合至该部件主体的粒子。

在一些实例中，所述多个应变传感器各自至少部分在z轴方向上取向形成，以使得各应变传感器延伸跨越该三维印刷的测力传感器部件的多个层。在一些实例中，所述多个应变传感器各自跨越相同的多个层形成。在其它实例中，第一组多个应变传感器跨越不同于第二组多个应变传感器的层而形成。

在本文中还描述了测力传感器。该测力传感器可以包括沿第一电流通路电连接的第一组应变传感器，所述第一组应变传感器单独地由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质形成。此外，该测力传感器可以包括沿第二电流通路电连接的第二组应变传感器，所述第二组应变传感器单独地由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质形成。该第一电流通路与该第二电流通路可以是在共用电路中的并联电流通路。

在一些实例中，第一组应变传感器和第二组应变传感器作为整体式(monolithic)主体的一部分形成。在一些实例中，第一组应变传感器和第二组应变传感器通过由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质形成的嵌入式内部电连接互连。

考虑该总体概述，图1例示了三维(3D)印刷的测力传感器部件100的一个实例。该3D印刷的测力传感器部件可以包括主体110和多个应变传感器，如应变传感器120a、120b。该应变传感器可以具有在第一末端处的第一电触点121和在第二末端处的第二电触点122。该应变传感器可以与该部件主体一起整体形成。如图1中所示，所述多个应变传感器可以在该部件主体的表面上整体形成。

但是，图2例示了3D印刷的测力传感器部件200的替代实施方案，其中多个应变传感器220a、220b嵌在该部件主体210中。为了便于与应变传感器的电接触，该应变传感器的多个电触点，如电触点221a、222a、221b、222b可以在该印刷部件的表面上形成和/或延伸至该印刷部件的表面。虽然图2显示了所述多个应变传感器各自的两个电触点在该部件主体的表面上形成和/或延伸至该部件主体的表面，在其它实施方案中，并非所有的电触点都必须延伸至该表面。例如，可以在所述多个应变传感器之间形成多个嵌入式连接。在一些情况下，当在所述多个应变传感器之间形成嵌入式连接时，延伸至部件主体表面的电连接的数量可能减少，如减少一半。这可以减少对外部布线以互连测力传感器中多个应变仪的需要。

所述多个应变传感器各自可以单独地由在热塑性聚合物粒子基质中互锁的导电粒子形成。构成各应变传感器的导电复合材料更详细地显示在图3-4中。如图3中所示，各应变传感器可以由热塑性聚合物粒子330和导电粒子320形成。在制造3D印刷的测力传感器部件的方法的一个实例中，热塑性聚合物粒子的层300可以在粉末床三维印刷机中铺展。该层的单个传感器区域，如传感器区域310，可以印刷有包含导电粒子的导电熔融墨水。该导电粒子能够吸收来自电磁辐射的能量并将该能量转化为热量。非传感器区域340可以印刷有熔融墨水，其包含能够吸收来自电磁辐射的能量并将该能量转化为热量的熔融剂。该热塑性聚合物粒子层可以随后暴露于电磁辐射以提高该层的温度，使该聚合物粒子与该导电粒子熔合在一起。

图4显示了熔融后的层400。聚合物粒子熔合在一起形成熔融热塑性聚合物粒子基质430，该导电粒子熔合或烧结在一起形成导电粒子基质420。熔融热塑性聚合物粒子基质和导电粒子基质互锁，形成导电复合材料。此外，该导电复合材料仅存在于其中印刷导电墨水的传感器区域410中，而不存在于其中印刷第二熔融墨水的非传感器区域440中。

应当注意，这些附图不一定按比例绘制，粉末粒子和导电粒子的相对尺寸可以不同于所示那些。例如，在许多情况下，该导电粒子可能远小于该粉末粒子，如小2-3个数量级。

还应当注意，图4仅显示了该导电复合材料的单个层的二维横截面。尽管该导电粒子在该图中看上去处于分离的位置，但是熔融或烧结的导电粒子的基质在三维中可以是连续连接的基质。由此，该导电复合材料通过该导电粒子基质可以具有良好的电导率。

此外，可以形成多个导电复合材料层，以使该导电复合材料可以跨越该导电复合材料的多个层(即在z轴方向上)具有良好的电导率。由此，在一些实例中，所述多个应变传感器中的一个或多个可以至少部分在z轴方向上取向，以使一个或多个应变传感器跨越该3D印刷的测力传感器部件的多个层延伸。此外，由于该3D印刷的测力传感器部件具有多个应变传感器，单独的应变传感器各自可以跨越相同的多个层或跨越不同的多个层形成。例如，第一组多个应变传感器可以仅跨越该3D印刷的测力传感器部件的多个上层形成。相反，第二组多个应变传感器可以仅跨越该3D印刷的测力传感器部件的多个下层形成，使得两组之间不存在层重叠。在其它实例中，第二组应变传感器可以跨越在其中形成第一组应变传感器的某些层和未在其中形成第一组应变传感器的某些层形成。在其它实例中，第二组应变传感器可以跨越与第一组应变传感器相同的层，以及未在其中形成第一组应变传感器的附加层形成。因此，只要第一组和第二组应变传感器不是仅跨越该3D印刷的测力传感器部件的相同层形成，第一组应变传感器跨越不同于第二组应变传感器的层而形成。应当注意，一组应变传感器可以包括1、2或更多个应变传感器。

用于形成所述多个应变传感器的导电粒子可以包括任何合适的可3D印刷的导电粒子。例如，该导电粒子可以包含导电聚合物、金属、碳同素异形体等等，以及其组合。碳同素异形体可以包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、巴基球、石墨、炭黑等等，以及其组合。

在一些具体实例中，该导电熔融墨水可以包含过渡金属。在一些实例中，该过渡金属可以为元素过渡金属粒子形式。该元素过渡金属粒子可以包括例如银粒子、铜粒子、金粒子、铂粒子、钯粒子、铬粒子、镍粒子、锌粒子或其组合。该粒子还可以包括超过一种过渡金属的合金，如Au-Ag、Ag-Cu、Ag-Ni、Au-Cu、Au-Ni、Au-Ag-Cu或Au-Ag-Pd。

在某些实例中，除过渡金属之外可以包含其它非过渡金属。非过渡金属可以包括铅、锡、铋、铟、镓等等。在一些实例中，可以包括钎焊合金。该钎焊合金可以包括各种组合的铅、锡、铋、铟、锌、镓、银、铜的合金。在某些实例中，此类钎焊合金可以在要用作印刷的电气组件的焊接接头的位置处印刷。该钎焊合金可以配制成具有可用于钎焊的低熔点，如低于230℃。

在进一步的实例中，该元素过渡金属粒子可以是具有10nm至200nm的平均粒度的纳米粒子。在更具体的实例中，该元素过渡金属粒子可以具有30nm至70nm的平均粒度。当金属粒子的尺寸减小时，能烧结该粒子的温度也降低。因此，在该导电熔融墨水中使用元素过渡金属纳米粒子可以在相对低的温度下使该粒子烧结并形成烧结的纳米粒子的导电基质。例如，该导电熔融墨水中的元素过渡金属粒子能够在该三维印刷过程中的固化期间达到的温度下或低于该温度下被烧结。在进一步的实例中，该热塑性聚合物粉末床可以在该印刷过程中被加热至预热温度，该元素过渡金属粒子能够在该预热温度下或低于该预热温度下被烧结。在更进一步的实例中，该元素过渡金属粒子能够在20℃至350℃的温度下被烧结。如本文中所用，该元素过渡金属粒子能够被烧结的温度是指该粒子烧结在一起，形成烧结粒子的导电基质的最低温度。要理解的是，高于该最低温度的温度也将会导致该粒子烧结。

在该导电熔融墨水的附加实例中，该过渡金属可以为元素过渡金属粒子形式，其被粒子表面处的分散剂稳定化。该分散剂可以包括钝化该粒子的表面的配体。合适的配体可以包含结合该过渡金属的部分。此类部分的实例可以包括磺酸、膦酸、羧酸、二硫代羧酸、膦酸盐、磺酸盐、硫醇、羧酸盐、二硫代羧酸盐、胺等等。在一些情况下，该分散剂可以含有3-20个碳原子的烷基基团，上述部分之一在该烷基链的末端。在某些实例中，该分散剂可以是烷基胺、烷基硫醇或其组合。在进一步的实例中，该分散剂可以是聚合分散剂，如聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基乙烯基醚、聚(丙烯酸)(PAA)、非离子表面活性剂、聚合螯合剂等等。该分散剂可以通过化学和/或物理连接结合到该元素过渡金属粒子的表面上。化学键合可以包括共价键、氢键、配位络合键、离子键或其组合。物理连接可以包括通过范德华力、偶极-偶极相互作用或其组合物的连接。

在进一步的实例中，该导电熔融墨水可以包含金属盐或金属氧化物形式的过渡金属。在某些条件下，该导电墨水中的过渡金属盐或金属氧化物可以在印刷到该热塑性聚合物粉末床上之后原位形成元素过渡金属粒子。由此形成的元素过渡金属粒子可以随后烧结在一起以形成导电基质。在一些实例中，还原剂可以与该金属盐或金属氧化物反应以产生元素金属粒子。在一个实例中，还原剂可以在该导电熔融墨水之前底印到该粉末床上。在另一实例中，还原剂可以叠印在该导电熔融墨水上。在任一情况下，该还原剂可以与该金属盐或金属氧化物反应以便在热塑性聚合物粒子层固化之前形成元素金属粒子。合适的还原剂可以包括例如葡萄糖、果糖、麦芽糖、麦芽糖糊精、柠檬酸三钠、抗坏血酸、硼氢化钠、乙二醇、1，5-戊二醇、1，2-丙二醇等等。

在其它实例中，该导电熔融墨水可以包含导电聚合物。导电聚合物的非限制性实例可以包括聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT)、聚苯胺(PANI)、聚噻吩、聚吡咯等等，或其组合。导电聚合物的电导率水平可以取决于导电聚合物的掺杂或氧化水平。由此，虽然许多导电聚合物被用作半导体，它们可以用导电材料掺杂以提高它们的导电性。此外，具有低水溶性的导电聚合物可以用亲水性部分进一步官能化以提高它们的水溶性。由此，多种导电聚合物或其组合可用作导电粒子。

该导电熔融墨水中导电粒子的浓度可以改变。但是，更高的导电粒子浓度倾向于提供更好的导电性，因为在粉末床上沉积了更大量的导电材料。在一些实例中，相对于该导电熔融墨水的总重量，该导电熔融墨水可以含有大约5重量％至大约50重量％的导电粒子。在进一步的实例中，相对于该导电熔融墨水的总重量，该导电熔融墨水可以含有大约10重量％至大约30重量％的导电粒子。

在本技术的一些实例中，活化墨水可以与该导电熔融墨水一起使用。多种活化剂可以与活化墨水一起使用。例如，活化剂可以包括卤盐、酸、碱、各种溶剂及其组合。在一个特定实例中，当该导电熔融墨水包含过渡金属时，该活化墨水可以包含卤盐，如氯化钠、氯化钾、溴化钾或碘化钾。该卤盐可以与过渡金属粒子表面处的分散剂反应以便从该粒子上除去该分散剂。这可以提高金属粒子之间的烧结，并改善由烧结粒子形成的基质的导电性。该活化墨水可以在该导电熔融墨水之前分配到粉末床上。当该导电熔融墨水在该活化墨水上印刷时，该过渡金属粒子可以与活化墨水中的卤盐接触。在替代实例中，该聚合物粉末可以在三维印刷系统中使用前用卤盐预处理。当该导电熔融墨水印刷到该粉末床上时，该导电熔融墨水中的过渡金属粒子可以与已经存在于该粉末上的卤盐接触。

作为活化剂的一个特定替代实例，该导电聚合物PEDOT可以用聚苯乙烯磺酸盐(PSS)或其它合适的活化剂来活化。其它导电聚合物可以用多种掺杂剂来活化，如碳同素异形体、酸、碱等等。所有此类活化剂被认为在本公开的范围内。

该导电粒子可以与热塑性聚合物粒子基质互锁。该热塑性聚合物粒子还构成3D印刷的测力传感器部件的主体。该热塑性聚合物粉末可以包括平均粒度为20μm至100μm的粉末粒子。如本文中所用，除非另行规定，关于粒子性质的“平均”是指数均平均值。因此，“平均粒度”是指数均粒度。此外，“粒度”是指球形粒子的直径，或非球形粒子的最长尺寸。

在某些实例中，该聚合物粒子可以具有多种形状，如基本球形粒子或不规则形状粒子。在一些实例中，该聚合物粉末能够成型为具有20至100微米的分辨率的3D印刷部件。本文中所用的“分辨率”是指可以在3D印刷部件上形成的最小特征的尺寸。该聚合物粉末可以形成大约20至大约100微米厚的层，使得印刷部件的熔融层具有大致相同的厚度。这可以在z轴方向上提供大约20至大约100微米的分辨率。该聚合物粉末还可以具有足够小的粒度和足够规则的粒子形状以便沿x轴和y轴提供大约20至大约100微米的分辨率。

在一些实例中，该热塑性聚合物粉末可以是无色的。例如，该聚合物粉末可以具有白色、半透明或透明的外观。当与无色熔融墨水一起使用时，此类聚合物粉末可以提供白色、半透明或透明的印刷部件。在其它实例中，该聚合物粉末可以是有色的以便生产有色部件。在再其它实例中，当该聚合物粉末为白色、半透明或透明的时候，可以通过熔融墨水或另一种有色墨水来赋予该部件颜色。

该热塑性聚合物粉末可以具有大约70℃至大约350℃的熔点或软化点。在进一步的实例中，该聚合物可以具有大约150℃至大约200℃的熔点或软化点。可以使用具有在这些范围内的熔点或软化点的多种热塑性聚合物。例如，该聚合物粉末可以选自尼龙6粉末、尼龙9粉末、尼龙11粉末、尼龙12粉末、尼龙66粉末、尼龙612粉末、聚乙烯粉末、热塑性聚氨酯粉末、聚丙烯粉末、聚酯粉末、聚碳酸酯粉末、聚醚酮粉末、聚丙烯酸酯粉末、聚苯乙烯粉末及其混合物。在一个特定实例中，该聚合物粉末可以是尼龙12，其具有大约175℃至大约200℃的熔点。在另一具体实例中，该聚合物粉末可以是热塑性聚氨酯。

该热塑性聚合物粒子在一些情况下还可以与填料共混。该填料可以包括无机粒子如氧化铝、二氧化硅或其组合。当该热塑性聚合物粒子熔融在一起时，该填料粒子可以嵌在该聚合物中，形成复合材料。在一些实例中，该填料可以包括自由流动剂、抗结块剂等等。此类试剂可以防止粉末粒子堆积、涂覆该粉末粒子并使边缘光滑以减少粒子间摩擦，和/或吸收水分。在一些实例中，热塑性聚合物粒子对填料粒子的重量比可以为10∶1至1∶2或5∶1至1∶1。

可以将第二熔融墨水添加到该热塑性聚合物粒子中以便在暴露于特定波长和/或足够强度的电磁辐射时形成熔融热塑性聚合物粒子基质。在一些实例中，该第二熔融墨水可以不含或基本不含导电熔融墨水中所含的导电粒子。由此，当印刷在该热塑性聚合物粉末上时，第二熔融墨水可以提供比导电熔融墨水更低的导电性。但是，在一些实例中该第二熔融墨水可以包含提供比导电熔融墨水中的导电粒子更低的导电性的金属粒子。例如，该第二熔融墨水可以包含不会烧结在一起以构成导电基质的具有钝化表面的金属粒子。

该第二熔融墨水可以含有能够吸收电磁辐射以产生热量的熔融剂。该熔融剂可以是有色或无色的。在各种实例中，该熔融剂可以是炭黑、近红外吸收染料、近红外吸收颜料、钨青铜、钼青铜、金属纳米粒子或其组合。近红外吸收染料的实例包括铵(aminium)染料、四芳基二胺染料、花青染料、酞菁染料、二硫烯(dithiolene)染料等等。在进一步的实例中，该熔融剂可以是近红外吸收共轭聚合物，如聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)、聚噻吩、聚(对苯硫醚)、聚苯胺、聚(吡咯)、聚(乙炔)、聚(对苯撑乙烯)、聚对苯撑或其组合。本文中所用的“共轭”是指分子中原子之间交替的双键和单键。由此，“共轭聚合物”是指具有包含交替的双键和单键的骨架的聚合物。在许多情况下，该熔融剂可以具有800nm至1400nm的峰值吸收波长。

第二熔融墨水中熔融剂的量可以根据熔融剂类型而不等。在一些实例中，第二熔融墨水中熔融剂的浓度可以为0.1重量％至20重量％。在一个实例中，第二熔融墨水中熔融剂的浓度可以为0.1重量％至15重量％。在另一实例中，该浓度可以为0.1重量％至8重量％。在又一实例中，该浓度可以为0.5重量％至2重量％。在一个特定实例中，该浓度可以为0.5重量％至1.2重量％。

在一些实例中，由于使用炭黑作为熔融剂，该熔融墨水可以具有黑色或灰色。但是，在其它实例中，该熔融墨水可以是无色或接近无色的。可以调节该熔融剂的浓度以提供其中该熔融墨水的可见颜色基本不会被该熔融剂改变的熔融墨水。尽管一些上述熔融剂在可见光范围内具有低吸光度，但是该吸光度通常大于0。因此，该熔融剂通常会吸收一部分可见光，但是它们在可见光谱中的颜色可以足够小，以至于在添加着色剂时基本不会影响该墨水呈现另一种颜色的能力(不同于炭黑，其使墨水颜色以灰色或黑色色调为主)。浓缩形式的熔融剂可以具有可见颜色，但是可以调节熔融墨水中熔融剂的浓度，以使该熔融剂不会以改变该熔融墨水的可见颜色的那么高的量存在。例如，与具有相对较高的可见光吸光度的熔融剂相比，可以以更大的浓度包含具有可见光波长的极低吸光度的熔融剂。这些浓度可以通过一些试验根据特定应用来调节。

在进一步的实例中，该熔融剂的浓度可以足够高，以使该熔融剂影响熔融墨水的颜色，可以足够低，以使墨水在热塑性聚合物粉末上印刷时，该熔融剂不会影响该粉末的颜色。该熔融剂的浓度可以与要在该聚合物粉末上印刷的熔融墨水的量平衡，以使印刷到该聚合物粉末上的熔融剂的总量足够低，使得该聚合物粉末的可见颜色不受影响。在一个实例中，该熔融剂在该熔融墨水中的浓度可以使得将该熔融墨水印刷到聚合物粉末上之后，该聚合物粉末中熔融剂的量为该聚合物粉末重量的0.0003重量％至5重量％。

该熔融剂可以具有足以将聚合物粉末温度提高至高于该聚合物粉末的熔点或软化点的升温能力。本文中所用的“升温能力”是指熔融剂将近红外光能转化为热能以提高印刷的聚合物粉末温度超过或高于该聚合物粉末的未印刷部分的温度的能力。通常，当温度提高至该聚合物的熔点或软化点时，该聚合物粉末粒子可以熔合在一起。本文中所用的“熔点”是指聚合物由结晶相转化为柔软的无定形相时的温度。一些聚合物不具有熔点，而是具有聚合物软化的温度范围。该范围可以分成较低软化范围、中间软化范围和较高软化范围。在较低和中间软化范围中，该粒子聚结以形成部件，而剩余聚合物粉末保持松散。如果采用较高软化范围，整个粉末床可能成为块状物。本文中所用的“软化点”是指该聚合物粒子聚结而剩余粉末保持分离和松散时的温度。当熔融墨水在一部分聚合物粉末上印刷时，该熔融剂可以将印刷部分加热至处于或高于该熔点或软化点的温度，同时该聚合物粉末的未印刷部分保持低于该熔点或软化点。这使得能够形成固体3D印刷部件，而松散的粉末可以容易地与成品印刷部件分离。

尽管熔点和软化点在本文中常常描述为聚结该聚合物粉末的温度，在一些情况下该聚合物粒子可以在略低于该熔点或软化点的温度下聚结在一起。因此，本文中所用的“熔点”和“软化点”可以包括比实际熔点或软化点略低，如低至多大约20℃的温度。

在一个实例中，对具有大约100℃至大约350℃的熔点或软化点的聚合物而言，该熔融剂可以具有大约10℃至大约70℃的升温能力。如果该粉末床处于该熔点或软化点的大约10℃至大约70℃之内的温度下，那么此类熔融剂可以将印刷粉末的温度升高至该熔点或软化点，而未印刷粉末保持在较低温度下。在一些实例中，可以将该粉末床预热至低于该聚合物的熔点或软化点大约10℃至大约70℃的温度。该熔融墨水随后可以印刷到该粉末上，并用近红外光照射该粉末床以聚结该粉末的印刷部分。

在本技术的材料套装的一些实例中，该导电熔融墨水与该第二熔融墨水可以平衡，以使用该导电熔融墨水和该第二熔融墨水印刷的热塑性聚合物粉末在固化过程中暴露于光时达到几乎相同的温度。可以选择该第二熔融墨水中熔融剂的类型和量以匹配该导电熔融墨水中导电粒子的升温能力。还可以调节该导电熔融墨水中导电粒子的类型和量以匹配该第二熔融墨水中该熔融剂的升温能力。此外，在一些实例中，该导电熔融墨水除了该导电粒子之外还可以含有熔融剂，其可以是与第二熔融墨水中所用熔融剂相同的熔融剂或不同的熔融剂。在某些实例中，该导电熔融墨水与该第二熔融墨水在固化过程中可以将该热塑性聚合物粉末的温度升高至彼此的30℃之内、20℃之内或10℃之内的温度。

在进一步的实例中，还可以使用彩色墨水以便向该热塑性聚合物粉末添加颜色。这可以允许印刷全彩色三维部件。在一个实例中，除了该导电熔融墨水、第二熔融墨水和活化墨水(如果存在的话)之外，可以使用青色、洋红色、黄色和黑色墨水。或者，任何上述墨水还可以包含赋予该墨水可见颜色的颜料或染料着色剂。

导电熔融墨水、活化墨水、第二熔融墨水和附加的彩色墨水各自可以配制用于喷墨印刷机。该导电粒子和熔融剂在喷墨墨水连结料中是稳定的，并且该墨水可以提供良好的喷墨性能。在一些实例中，该导电粒子和熔融剂可以是水溶性的、水分散性的、有机可溶性的或有机可分散性的。该导电粒子和熔融剂还可以与该热塑性聚合物粉末相容，使得将该墨水喷射到聚合物粉末上提供了足够的覆盖率，并使导电粒子和熔融剂渗透到该粉末中。

除了上述导电粒子、熔融剂、着色剂和其它成分之外，该墨水还可以包含液体连结料。在一些实例中，该液体连结料配制品可以包含水、一种或多种助溶剂、一种或多种非离子型、阳离子型和/或阴离子型表面活性剂、分散剂、杀生物剂、粘度调节剂、用于pH调节的材料、多价螯合剂、防腐剂等等，或其组合。

制造3D测力传感器部件的各种方法可以以任何合适的组合使用任何上述材料。图5描绘了制造具有多个集成的应变传感器的三维印刷的测力传感器部件的方法500的一个实例的流程图。该方法包括将导电熔融墨水分配到热塑性聚合物粒子层的多个传感器区域上，其中该导电熔融墨水包含导电粒子510；将第二熔融墨水分配到该热塑性聚合物粒子层的非传感器区域上，其中该第二熔融墨水包含能够吸收电磁辐射以产生热量的熔融剂520；并用电磁辐射熔融所述多个传感器区域和所述非传感器区域以形成在多个传感器区域中的多个应变传感器和在非传感器区域中的部件主体，其中所述多个应变传感器包含与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质，所述部件主体包含熔融热塑性聚合物粒子，其中所述多个应变传感器各自的粒子连续熔合至该部件主体的粒子530。

在进一步的实例中，制造具有多个集成的应变传感器的三维印刷的测力传感器部件的方法可以包括将附加墨水分配到该热塑性聚合物粒子上。在一些实例中，该熔融墨水，以及本文中描述的其它墨水，可以通过喷墨来分配。这可以通过热喷墨印刷系统或压电喷墨印刷系统来实现。也可以使用将墨水分配到聚合物粒子上的任何其它合适的方法。

在附加实例中，本文中描述的方法可以使用粉末床三维印刷系统来实施。在一个实例中，可以通过从聚合物粉末供应源引入聚合物粉末并使用辊以薄层形式辊压该粉末来形成热塑性聚合物粒子的床。可以使用喷墨印刷头喷射该导电熔融墨水与该第二熔融墨水。印刷的导电墨水的量尤其可以根据墨水中导电粒子的浓度、导电粒子的升温能力、待印刷的所得导电复合材料的所需导电性来校准。类似地，印刷的第二熔融墨水的量可以根据熔融剂的浓度、熔融剂的升温能力以及其它因素来校准。在一些实例中，印刷的熔融墨水的量足以使熔融剂与聚合物粉末的整个层接触。例如，如果聚合物粉末的各个层为100微米厚，该熔融墨水可以渗入聚合物粉末至少100微米。由此，该熔融剂可以在整个层中加热该聚合物粉末，以使该层可以聚结并粘结到下面的层上。在形成固体层之后，可以通过降低粉末床或通过提高辊的高度并辊压新的粉末层来形成新的松散粉末的层。

可以将整个粉末床预热至低于该聚合物粉末的熔点或软化点的温度。在一个实例中，该预热温度可以低于该熔点或软化点大约10℃至大约30℃。在另一实例中，该预热温度可以在该熔点或软化点的50℃之内。在一个特定实例中，该预热温度可以为大约160℃至大约170℃，该聚合物粉末可以是尼龙12粉末。在另一实例中，该预热温度可以为大约90℃至大约100℃，该聚合物粉末可以是热塑性聚氨酯。可以用一个或多个灯、烘箱、加热的支承床或其它类型的加热器来实现预热。在一些实例中，可以将整个粉末床加热至基本均匀的温度。

该粉末床可以用熔融灯照射。适用于本文中描述的方法的熔融灯可以包括市售的红外灯和卤素灯。该熔融灯可以是固定灯或移动灯。例如，该灯可以安装在轨道上以便水平移动穿过该粉末床。根据聚结各印刷层所需的曝光量，此类熔融灯可以在该床上进行多个道次。该熔融灯可以配置成以基本均匀量的能量照射整个粉末床。这可以选择性聚结含有熔融墨水的印刷部分，保持该聚合物粉末的未印刷部分低于该熔点或软化点。

在一个实例中，该熔融灯可以与该熔融墨水中的熔融剂匹配，以使该熔融灯发射波长匹配该熔融剂的峰值吸收波长的光。在特定近红外波长处具有狭窄峰的熔融剂可以与在该熔融剂的峰值波长附近发射窄范围波长的熔融灯一起使用。类似地，吸收宽范围的近红外波长的熔融剂可以与发射宽范围波长的熔融灯一起使用。以这种方式匹配该熔融剂与该熔融灯可以提高聚结具有印刷在其上的熔融剂的聚合物粒子的效率，而未印刷的聚合物粒子不吸收这么多的光，并保持在较低温度下。

取决于该聚合物粉末中存在的熔融剂的量、该熔融剂的吸光度、该预热温度以及该聚合物的熔点或软化点，可以由熔融灯提供适当的照射量。在一些实例中，该熔融灯每道次可以照射各层大约0.5至大约10秒。

在进一步的实例中，制造具有多个集成的应变传感器的三维印刷的测力传感器部件的方法可以包括将该三维印刷的应变传感器的电阻调谐至所需范围。如上所述，该应变传感器可以具有包含与导电粒子基质互锁的熔融热塑性聚合物粒子基质的导电复合材料的形式。可以以多种方式调谐该导电复合材料的电阻。例如，可以通过导电熔融墨水中导电粒子的类型、导电熔融墨水中导电粒子的浓度、分配到粉末床上的导电熔融墨水的量、电阻器的横截面与长度等等来影响该电阻。当通过喷墨来分配该导电熔融墨水时，分配的导电熔融墨水的量可以通过改变印刷速度、液滴重量、喷墨印刷机中发射墨水的狭缝的数量、以及每粉末层印刷的道次数量来调节。在某些实例中，导电复合材料元件可以具有1欧姆、5欧姆或10欧姆至0.1兆欧姆、1兆欧姆或5兆欧姆的电阻。

通过将足够量的导电粒子分配到该粉末床上，可以获得足够的电导率。例如，每体积导电复合材料的导电粒子质量可以为大于1mg/cm³、大于10mg/cm³、大于50mg/cm³、或大于100mg/cm³。在一个特定实例中，每体积导电复合材料的导电粒子质量可以为大于140mg/cm³。在进一步的实例中，每体积导电复合材料的导电粒子质量可以为1mg/cm³至1000mg/cm³、10mg/cm³至1000mg/cm³、50mg/cm³至500mg/cm³、或100mg/cm³至500mg/cm³。

在某些实例中，可以分配较少量的导电粒子以实现表面电导率，并可以施加较大量的导电粒子以便在该导电复合材料中获得体电导率。由此，在一些实例中，可以在聚合物粒子的单个层上印刷较少量的导电熔融墨水以形成跨越该层表面(即在x-y平面中)具有导电性的应变传感器。在一些实例中，在x-y平面中具有导电性的应变传感器可以以大于1mg/cm³或大于10mg/cm³的每体积导电复合材料的导电粒子质量来形成。在进一步的实例中，此类应变传感器可以以1mg/cm³至1000mg/cm³、10mg/cm³至500mg/cm³、或30mg/cm³至200mg/cm³的每体积导电复合材料的导电粒子质量来形成。但是，此类应变传感器可能在z轴方向上，或换句话说，穿过该层的本体不具有足够的导电性。本文中所用的“z轴”是指与x-y平面正交的轴。例如，在使用印刷各个层之后降低的粉末床的三维印刷方法，该粉末床在z轴方向上降低。

在一些实例中，仅在x-y平面中导电的应变传感器可能是足够的。这是当应变传感器平行于三维印刷的测力传感器部件的层形成时的情况。但是，本技术的方法也可用于印刷在z轴方向上导电的应变传感器。通过将较大量的导电熔融墨水分配到聚合物粒子层上，该导电墨水可以渗透穿过该层，并可以实现在z轴方向上在层之间的导电性。在一些实例中，在z轴方向上导电的应变传感器可以以大于50mg/cm³或大于100mg/cm³的每体积导电复合材料的导电粒子质量来形成。在进一步的实例中，此类应变传感器可以以50mg/cm³至1000mg/cm³、100mg/cm³至1000mg/cm³、或140mg/cm³至500mg/cm³的每体积导电复合材料的导电粒子质量来形成。

在一些实例中，可以通过以多个道次印刷该导电熔融墨水来调节分配到该粉末床上的导电粒子的量。在一个实例中，喷墨印刷头的单一道次足以分配足够的导电粒子以获得表面电导率。但是，在一些情况下，单一道次不足以在z轴方向上实现导电性。可以施加附加道次以提高该导电复合材料中导电粒子的量。可以使用足够数量的道次来实现z轴方向上的导电性。在一个实例中，可以使用三个或更多个道次来形成在z轴方向上具有导电性的导电复合材料。在进一步的实例中，可以通过调节喷墨印刷头的液滴重量(经由电阻器设计或通过改变发射参数)来调节分配的导电粒子的量。由此，采用更大的液滴重量，以每个发射的液滴，可以印刷更大量的导电熔融墨水。但是，在一些情况下在单一道次中喷射过多墨水可能因墨水扩散而导致印刷质量下降。因此，在一些实例中，可以采用多个道次以便以更好的印刷质量印刷更多的导电熔融墨水。

在一个特定实例中，可以如下形成三维印刷的测力传感器部件。喷墨印刷机可用于印刷第一道次，包括将导电熔融墨水印刷到该粉末床的多个传感器区域上，并将第二熔融墨水印刷到该粉末床的非传感器区域上。随后可以通过使熔融灯在粉末床上穿过以熔合该聚合物粒子与该导电熔融墨水中的导电粒子来进行固化道次。随后，可以进行一个或多个将导电熔融墨水印刷到该粉末床的多个传感器区域上的附加道次以提高导电粒子量。印刷导电熔融墨水的各道次可以后接使用熔融灯的固化道次。所用道次数量取决于所需电导率、印刷道次的连续色调水平(指的是每道次沉积的每个区域的墨水密度)、导电熔融墨水中导电粒子的类型、导电熔融墨水中导电粒子的浓度、印刷的聚合物粉末层的厚度等等。

因此，本技术的方法可用于制造具有多个集成的应变传感器的三维印刷的测力传感器部件，所述应变传感器在任意方向上取向。如上所述，应变传感器可以使用较少量的导电熔融墨水相对于该三维印刷的测力传感器部件的层在x-y平面中形成，而在z轴方向上取向的应变传感器可以通过在各个层上使用相对较大量的导电熔融墨水来形成。如前所述，在一些实例中，所述多个应变传感器中的一个或多个可以相对于该三维印刷的测力传感器部件的层至少部分在z轴方向上取向。本文中所用的“至少部分在z轴方向上”是指在z轴上具有至少非零分量的任何方向。因此，使用本文中描述的方法可以平行于z轴或与z轴成对角线来形成电阻器。

本文中描述的三维印刷方法可用于制造各种复杂的测力传感器部件形状以便用于测力传感器。在图6中显示了测力传感器600的一个实例。该测力传感器可以包括沿第一电流通路615电连接的第一组3D印刷的应变传感器610a、610b。第二组3D印刷的应变传感器620a、620b可以沿第二电流通路625电连接。该第一和第二电流通路通常可以是共用电路中的并联电流通路。在运行过程中，该测力传感器可以连接至电源630以便向测力传感器供应电流。此外，可以使用桥接在第一电流通路与第二电流通路之间电连接电压计640。该电压计可以测量施加到各个应变传感器的拉伸力导致的电阻变化所造成的跨越相应电流通路的电压变化。如本领域中已知的那样，电压的变化可以与负荷或重量测量相关联。可以用标准导电布线或其它合适的电连接来建立该测力传感器的多个应变传感器之间的各种连接。可以建立由测力传感器到电源和电压计的类似连接。

测力传感器通常包括沿第一电流通路连接的两个电阻器和沿第二电流通路连接的两个电阻器。该电阻器的一个或多个可以是应变传感器。当电阻器之一是应变传感器时，该测力传感器通常被称为四分之一桥测力传感器。当沿着一条电流通路的两个电阻器均为应变传感器时，该测力传感器通常被称为半桥测力传感器。当所有电阻器均为应变传感器时，该测力传感器通常被称为全桥测力传感器。由此，图6例示了全桥测力传感器。

如本领域中已知的那样，半桥和全桥测力传感器可以提供超越四分之一桥测力传感器的许多优点。例如，提高测力传感器中应变传感器的数量可以提高该测力传感器对施加于该测力传感器的力的大小和方向的灵敏度。此外，使用多个应变传感器可以抵消各个应变传感器的电阻温度系数，因为各个应变传感器用相同的材料印刷，将同样受温度波动的影响。

要注意的是，为了简便起见，图6例示了四个单独的三维印刷的测力传感器部件，其各自具有单个应变传感器。但是，3D印刷的测力传感器部件的其它配置也可以并入测力传感器。例如，3D印刷的应变传感器610a和620a可以在单个的整体式部件中印刷。同样，应变传感器610b和620b可以在单独的整体式部件中印刷。

图7中更清楚地显示了这一点。在该实例中，测力传感器700可以由两个单独的3D印刷的测力传感器部件形成。第一3D印刷的测力传感器部件710a可以具有在其表面中形成的多个应变传感器720a。第二3D印刷的测力传感器部件710b也可以具有在其表面中形成的多个应变传感器720b。可以在所述第一和第二3D印刷的测力传感器部件的每一个之间施加粘合剂715或其它连接特征，以便将该印刷部件彼此连接或连接至独立物体的相对表面。当向表面705施加力时，该应变传感器720a将开始压缩，应变传感器720b将开始经历拉伸应力。这会导致跨越应变传感器720a的电阻降低和跨越应变传感器720b的电阻升高。当连接至电源和电压计时，如图6中所示，电阻的这些变化将导致跨越并联电流通路的电压的变化，这可能与施加至表面705的力的方向和大小相关。

或者，如图8中所示，测力传感器800的应变传感器820可以在单个的整体式部件主体810中印刷。在该特定实例中，应变传感器嵌在部件主体中，使得仅有多个电触点(如电触点821)在部件主体表面上形成和/或延伸至部件主体表面。但是，在一些实例中，各个应变传感器可以在整体式主体的表面上形成。

图9例示了包括嵌入式内部电连接950的测力传感器900。这些嵌入式内部电连接可以为迹线、通孔等等或其组合的形式。嵌入式内部电连接可以由与所述多个应变传感器920相同的导电粒子基质来形成，或由不同的导电粒子基质来形成。当嵌入式内部电连接在测力传感器的主体910中印刷时，该测力传感器可以具有减少数量的电触点，如电触点921，其在部件主体表面上形成和/或延伸至部件主体表面。这可以减少对外部布线以连接该测力传感器的多个应变传感器的需要。

要注意的是，该测力传感器的布线配置可能取决于向测力传感器施加负荷时多个应变传感器中的哪一个处于拉伸状态，以及多个应变传感器中的哪一个处于压缩状态。由此，该测力传感器可以以惠斯通电桥配置布线，使得一个处于压缩状态下的应变传感器和一个处于拉伸状态下的应变传感器沿各个单独的电流通路电连接。例如，在三点弯曲配置中，如图7-9中所示那些，顶部应变传感器将处于压缩，底部应变传感器将处于拉伸。因此，各顶部应变传感器之一将沿着单独的电流通路电连接至各底部应变传感器之一。但是，当使用梁式测力传感器时，例如，对角线定位的应变传感器将处于压缩/拉伸状态。由此，梁式测力传感器将必须不同于三点弯曲式测力传感器来布线。其它测力传感器可以具有其它布线配置，取决于应变传感器取向、位置和预期应用。

要注意的是，为了简便起见，3D印刷的测力传感器通常被描绘为通用的矩形形状。但是，测力传感器可以以多种复杂的形状和配置来印刷。例如，3D印刷的测力传感器部件可以印刷为负荷销、负荷梁、S型单元、负荷按钮、绳夹等等。此外，由于3D印刷的灵活性，许多标准部件可以与测力传感器组件一起印刷。根据具体的设计考虑，各种形状和配置可以印刷为整体式部件或可连接部件。

要指出，除非文中清楚地另行规定，本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数对象。

本文所用的“液体连结料”或“墨水连结料”是指将着色剂置于其中以形成墨水的液体流体。多种多样的墨水连结料可用于本公开的体系和方法。此类墨水连结料可以包含多种不同试剂的混合物，包括表面活性剂、溶剂、助溶剂、抗结垢剂、缓冲剂、杀生物剂、多价螯合剂、粘度调节剂、表面活化剂、水等。虽然并非该液体连结料本身的一部分，除了着色剂和熔融剂之外，该液体连结料可以带有固体添加剂，如聚合物、胶乳、可UV固化材料、增塑剂、盐等等。

本文所用的“着色剂”可包括染料和/或颜料。

本文所用的“染料”是指吸收电磁辐射或其某些波长的化合物或分子。如果染料吸收可见光谱中的波长，该染料可赋予墨水可见颜色。

本文所用的“颜料”通常包括颜料着色剂、磁性粒子、氧化铝、二氧化硅和/或其它陶瓷、有机金属或其它不透明粒子，无论此类颗粒是否提供颜色。因此，尽管本说明书主要例举颜料着色剂的使用，但术语“颜料”可以更笼统地不仅用于描述颜料着色剂，还用于描述其它颜料，如有机金属、铁氧体、陶瓷等。但是，在一个特定方面，该颜料是颜料着色剂。

本文所用的“可溶”是指溶解度百分比超过5重量％。

本文所用的“喷墨”或“喷射”是指从喷射架构，如喷墨架构喷出的组合物。喷墨架构可以包括热或压电架构。另外，此类架构可以配置为印刷不同的墨滴尺寸，如小于10皮升、小于20皮升、小于30皮升、小于40皮升、小于50皮升等。

本文所用的术语“基本”或“基本上”在用于表示材料或其特定特征的量时，是指足以提供该材料或特征意图提供的效果的量。容许的确切偏离程度在一些情况下取决于特定环境。当在否定中使用术语“基本”或“基本上”时，例如基本不含一材料，其是指该材料不存在，或至多仅存在痕量，其浓度将不会影响组合物整体的功能或性质。

本文所用的术语“大约”用于为数值范围端点提供灵活性，其中给定值可以“略高于”或“略低于”该端点。这一术语的灵活性程度取决于特定变量并基于本文中的相关描述确定。

如本文所用，为方便起见，可能在通用名单中陈述多个项目、结构要素、组成要素和/或材料。但是，这些名单应该像该名单的各成员作为单独和独特的成员逐一规定的那样解释。因此，如果没有作出相反的指示，此类名单的任一成员不应仅基于它们出现在同一组中而被解释为同一名单中的任何其它成员的事实等同物。

浓度、量和其它数值数据在本文中可能以范围格式表示或呈现。要理解的是，这样的范围格式仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的独立数值或子范围，就像明确列举各数值和子范围那样。例如，“大约1重量％至大约5重量％”的数值范围应被解释为不仅包括大约1重量％至大约5重量％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2、3.5和4，和子范围，如1-3、2-4和3-5等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的幅度或描述的特征如何，都适用这样的解释。

另外要注意的是，在本公开中，要注意的是当讨论3D印刷的测力传感器部件、制造3D印刷的测力传感器部件的方法或测力传感器时，这些讨论各自可以被认为适用于这些实例中的每一个，无论是否在该实例的上下文中明确讨论。由此，例如，在讨论关于该3D印刷的测力传感器部件本身的细节时，此类讨论也涉及该方法和该测力传感器，并且反之亦然。

实施例

下面例示本公开的实施例。但是，要理解的是，下面仅例示本公开的原理的应用。可以设计许多修改和替代性组成、方法和系统而不背离本公开的精神和范围。所附权利要求书意在涵盖这样的修改和布置。

实施例1

三维印刷系统用于印刷两个单独的测力传感器部件，各部件具有在部件主体的共用表面上印刷的两个未连接的蛇形应变传感器。导电熔融墨水、活化墨水和第二熔融墨水由三个单独的喷墨笔印刷。该导电熔融墨水是含有银纳米粒子的银墨水(MitsubishiNBSIJ-MU01)。银纳米粒子的平均粒度约为20nm。该活化墨水是3重量％的氯化钠在水中的溶液。该第二熔融墨水包含作为熔融剂的炭黑和水性墨水连结料。

将该墨水喷射到尼龙(PA12)粒子(x1556)的床上。该尼龙粒子的平均粒度约为50μm。层厚度约为100μm。各层用活化墨水印刷，接着在构成所述多个应变传感器的部分中用银墨水印刷，并在绝缘部分中用炭黑熔融墨水印刷。对于银墨水，该墨水以255的连续色调水平印刷，对于活化墨水为255，对于炭黑墨水为15。对每个层进行3道次的墨水。在使用该墨水的每个道次后，进行固化道次。在该实例中，分配到粉末上的固体银的量为141mg/cm³粉末层；分配的氯盐的量为23mg/cm³粉末层；分配的炭黑的量为2.3mg/cm³粉末层。

该印刷机粉末供应源和粉末床填充有尼龙粒子。供应源温度设定在110℃，印刷床温度设定在130℃。印刷床下的加热器设定在150℃。印刷速度设定为每秒10英寸(ips)，固化速度设定为7ips。使用距离粉末床表面大约1厘米放置的两个300瓦灯泡进行固化。

两个测力传感器部件用粘合剂以类似于图7中所示的方式粘附在一起。来自每个独立的3D印刷的测力传感器部件的第一应变传感器沿第一电流通路电连接，并且来自每个独立的3D印刷的测力传感器部件的第二应变传感器沿第二电流通路电连接以制备全桥测力传感器。这种特定配置允许来自相应3D印刷部件的各应变传感器沿单独的电流通路连接。因此，当力施加至测力传感器时，各电流通路包括一个被压缩的应变传感器和一个处于拉伸下的应力传感器。

该测力传感器电路电连接至标准电源以提供电流。使用桥接在第一电流通路和第二电流通路之间电连接电压计。电压计用于检测因施加至测力传感器的力而产生的跨越不同应变传感器的电压变化。

图10提供了响应施加到测力传感器上的力而测得的电压变化的图示。首先，在向其施加力之前测量测力传感器的基线电压。随后以10牛顿(N)的增量向测力传感器施加力，以测量跨越第一和第二电流通路的相应电压变化。从图10中可以看出，施加的力的量与跨越两个电流通路的电压变化之间存在近似线性的关系。

实施例2

该实施例中的测力传感器使用与实施例1中相同的3D印刷材料和3D印刷过程来制备。此外，四个应变传感器中的每一个以与实施例1的测力传感器相同的布置互连。但是，在该实施例中，印刷了四个应变传感器，使得它们各自嵌在单个整体式主体中。此外，嵌入式内部电连接用于在全桥配置中互连各应变传感器而不是使用外部布线。嵌入式内部电连接由与应变传感器相同的材料形成。在该特定实施例中，仅四个电连接延伸至该测力传感器的表面。两个连接用于沿测力传感器的并联电流通路之间的桥接来连接电压计。另外两个连接用于将测力传感器连接到标准电源。所述多个应变传感器之间的所有其它互连均印刷在整体式测力传感器的主体内。

该测力传感器以与实施例1中所述测力传感器相同的方式进行测试。图11例示了响应施加至测力传感器的力的跨越两个电流通路的电压变化的相关性。如图11中可见，该测力传感器对施加至该测力传感器的力也具有近似线性的响应。

Claims (15)

1.三维印刷的测力传感器部件，包括：

由熔融热塑性聚合物粒子形成的部件主体；和

由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质单独形成的多个应变传感器，所述多个应变传感器各自具有在第一末端处的第一电触点和在第二末端处的第二电触点，

其中所述多个应变传感器的粒子连续熔合至所述部件主体的粒子。

2.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件，其中所述多个应变传感器在所述印刷部件的表面上形成。

3.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件，其中所述多个应变传感器嵌在所述部件主体中，并且所述多个应变传感器的多个电触点可以在所述印刷部件的表面上形成。

4.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件，其中各应变传感器具有1欧姆至1兆欧姆的电阻。

5.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件，其中所述导电粒子包含导电聚合物、金属、碳同素异形体或其组合。

6.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件，其中所述熔融热塑性聚合物粒子包含选自炭黑、近红外吸收染料、近红外吸收颜料、钨青铜、钼青铜、金属纳米粒子、共轭聚合物或其组合的熔融剂。

7.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件，其中各应变传感器在所述导电粒子基质、所述熔融热塑性聚合物粒子基质或两者中进一步包含活化墨水。

8.权利要求1的三维印刷的测力传感器部件，其中所述部件主体由在z轴方向上堆叠的熔融热塑性聚合物粒子的多个层形成，并且其中所述多个应变传感器各自至少部分在z轴方向上取向。

9.制造三维印刷的测力传感器部件的方法，包括：

将导电熔融墨水分配到热塑性聚合物粒子层的多个传感器区域上，其中所述导电熔融墨水包含导电粒子；

将第二熔融墨水分配到所述热塑性聚合物粒子层的非传感器区域上，其中所述第二熔融墨水包含能够吸收电磁辐射以产生热量的熔融剂；和

用电磁辐射熔融多个传感器区域和非传感器区域以形成在多个传感器区域中的多个应变传感器和在非传感器区域中的部件主体，其中所述多个应变传感器包含与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质，所述部件主体包含熔融热塑性聚合物粒子，并且其中所述多个应变传感器各自的粒子连续熔合至所述部件主体的粒子。

10.权利要求9的方法，其中所述多个应变传感器各自至少部分在z轴方向上取向形成，以使得各应变传感器延伸跨越所述三维印刷的测力传感器部件的多个层。

11.权利要求10的方法，其中所述多个应变传感器跨越相同的多个层形成。

12.权利要求10的方法，其中第一组多个应变传感器跨越不同于第二组多个应变传感器的层而形成。

13.测力传感器，包括：

沿第一电流通路电连接的第一组应变传感器，所述第一组应变传感器单独地由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质形成；和

沿第二电流通路电连接的第二组应变传感器，所述第二组应变传感器单独地由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质形成，其中所述第一电流通路与所述第二电流通路是在共用电路中的并联电流通路。

14.权利要求13的测力传感器，其中所述第一组应变传感器和所述第二组应变传感器作为整体式主体的一部分形成。

15.权利要求14的测力传感器，其中所述第一组应变传感器和所述第二组应变传感器通过由与熔融热塑性聚合物粒子基质互锁的导电粒子基质形成的嵌入式内部电连接互连。