CN112029035A - 基于数字光处理3d打印的柔性传感器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其包括：以规定比例配制包含单官能环氧丙烯酸酯和脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的聚合单体组合物，在室温下搅拌使其均匀混合；向聚合单体组合物中添加光引发剂；接着添加含有导电填料和有机溶剂的溶液并均匀混合，然后在减压条件下除去有机溶剂，得到复合树脂组合物；以及向导入了预定3D图形的数字光处理3D打印机中倒入复合树脂组合物，调节数字光处理3D打印机的打印参数，打印形成具有预定3D图形形状的柔性传感器。该制造方法的工艺简单快速、生产成本低、可规模化生产高灵敏度、高延展性、高稳定性的柔性传感器。本发明可结合物联网用于生物医疗、柔性机器人、结构健康检测等领域。

Description

基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法
技术领域
本发明属于柔性传感器的制造技术领域，具体涉及利用基于数字光处理 3D打印的快速成型技术来制造柔性传感器的方法。
背景技术
随着物联网概念的引入，通过将各种信息传感设备与互联网进行连接，人们生活得到了改善，产业的效率得到了提高。
传感器作为物联网的核心部件，可以感受到外界的信息，例如声、光、热和机械信号等信息，将其转换成电信号或者其他形式的信号输出收集至互联网中。适用于物联网设备中的柔性传感器在生物医疗、软体机器人以及结构健康检测等领域中有着巨大的应用潜能和实用价值，例如在结构健康检测领域中，柔性传感器可感受油管气管等危险管道的破裂产生的应变信号，通过物联网设备，检修人员可以在安全的地方实时接收到危险管道的健康状态，从而针对性维修管道，降低人员危险。再如在医疗领域中，柔性传感器可以贴于衣物上或者人体表皮，通过物联网设备，可将个体的生理健康信号实时传输至医疗服务设备和机构处，方便设备机构服务于个体。然而，实现柔性传感器的高分辨、高灵敏、高稳定性、快速响应、低成本高效率规模化制造仍然是一个很大的挑战。
目前已报道的3D打印柔性传感器普遍具有使用寿命长、复杂结构设计及制备方便等优点。
然而现有3D打印柔性传感器普遍是用3D打印机打印出柔性传感器的部分结构，然后用其他方式涂覆上功能性材料使其成为柔性传感器。例如，专利文献1中提出一种用3D打印技术制备柔性压力传感器的方法，它首先用数字光处理3D打印机打印出柔性压力传感器的柔性上、下极板，用氧等离子体处理上、下极板表面之后，涂覆柔性导电聚合物PEDOT:PSS以形成柔性薄膜电极，由此制成柔性压力传感器。此方法虽然制备较为简便，但是柔性基底和导电材料分步进行，难以实现高效率规模化制备。
此外，专利文献2公开了一种用油墨直写3D打印技术打印柔性传感器的制备方法，它首先将第一相液体的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和第二相液体的碘化-1-丁基-3-甲基咪唑(IL)混合形成悬浊液，其中添加导电填充物银粉或银片、催化剂氯化铑以及交联剂聚甲基氢硅氧烷，均匀混合成柔性导电材料胶体，后放入基于油墨直写的3D打印机中打印成型，所成型的传感器最高灵敏度(GF) 为3.9。此方法虽然做到了柔性基底和导电材料混合打印，直接制备传感器，但是基于油墨直写的技术，打印出来的为胶体，还需进行加热或者UV光照才能固化以保证传感器的稳定性，制造工艺较为复杂。
现有的柔性传感器制备技术中，柔性传感器存在灵敏度普遍较小、成型传感器尺寸大、稳定性低、制备工艺复杂，难以实现高效率低成本规模化多维制备等的问题。
现有技术文献
专利文献1：CN108515694A
专利文献2：CN110237781A
发明内容
本发明是为了解决现有技术中存在的问题而完成的，目的在于提供一种制造工艺简单快速、生产成本低、可规模化生产的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，由该方法制造的柔性传感器能够具有高灵敏度、高延展性、高稳定性的优点。
为了达到上述的发明目的，本发明提供以下技术方案。
[1]基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
以规定比例配制包含单官能环氧丙烯酸酯和脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的聚合单体组合物，在室温下搅拌使其均匀混合；
向混合后的所述聚合单体组合物中添加光引发剂；
接着添加含有导电填料和有机溶剂的溶液并均匀混合，然后在减压条件下除去所述有机溶剂，得到复合树脂组合物；以及
向导入了预定3D图形的数字光处理3D打印机中倒入所述复合树脂组合物，调节所述数字光处理3D打印机的打印参数，打印形成具有所述预定3D 图形形状的柔性传感器。
[2]如上述[1]所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其中，上述单官能环氧丙烯酸酯和上述脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的重量配比为85:15～95:5。
[3]如上述[1]所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其中，上述单官能环氧丙烯酸酯和上述脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的重量配比为90:10。
[4]如上述[1]所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其中，上述光引发剂为三甲基苯甲酰二苯基氧化磷或双酰基氧化磷。
[5]如上述[4]所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其中，上述光引发剂的添加量相对于上述聚合单体组合物的重量为0.1％～3 ％。
[6]如上述[1]所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其中，上述导电填料是选自碳纳米管、碳纤维、石墨烯和金属纳米线的至少一种。
[7]如上述[6]所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其中，上述导电填料的添加量相对于上述聚合单体组合物的重量为1％～5％。
[8]如上述[1]所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其中，上述有机溶剂为二甲苯或N,N-二甲基甲酰胺。
[9]如上述[1]所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其中，进行3D打印时，紫外线照射波长为380～410nm，曝光量为50～100，曝光时间为5～30分钟。
[10]基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
以90:10的重量比配制包含单官能环氧丙烯酸酯和脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的聚合单体组合物，在室温下搅拌使其均匀混合；
向混合后的上述聚合单体组合物中以相对于上述聚合单体组合物的重量为1～3％的量添加三甲基苯甲酰二苯基氧化磷作为光引发剂；
接着，以碳纳米管相对于上述聚合单体组合物的重量为2％～4％的量添加含有碳纳米管和有机溶剂的溶液并均匀混合，然后在减压条件下除去所述有机溶剂，得到复合树脂组合物；以及
向导入了预定3D图形的数字光处理3D打印机中倒入上述复合树脂组合物，调节上述数字光处理3D打印机的打印参数，打印形成具有上述预定3D 图形形状的柔性传感器。
技术效果
根据本发明的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，能够通过数字光处理3D打印的成型技术直接制造具有高灵敏度、高延展性、高稳定性的柔性传感器，该制造方法的制造工艺简单快速、生产成本低、可规模化生产柔性传感器。
附图说明
图1是根据本发明的实施例1制造的3D打印柔性传感器的发射扫描电子显微镜(FESEM)图，其中图1a为表面形貌图，图1b为截面形貌图。
图2示出本发明的实施例1～4的柔性传感器灵敏度及最大应变结果图。
图3是本发明的实施例1制造的3D打印柔性传感器在循环拉伸状态下的时间-电阻响应曲线图。
具体实施方式
以下结合优选的实施方式及附图说明本发明的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法(以下也简记为“柔性传感器的制造方法”)的技术特征，这旨在说明本发明而不是限制本发明。
〔柔性传感器的制造方法〕
本发明的柔性传感器的制造方法是利用数字光处理3D打印的成型技术来制造柔性传感器的方法，其包括以下步骤：
以规定比例配制包含单官能环氧丙烯酸酯和脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的聚合单体组合物，在室温下搅拌使其均匀混合；
向混合后的上述聚合单体组合物中添加光引发剂；
接着添加含有导电填料和有机溶剂的溶液并均匀混合，然后在减压条件下除去上述有机溶剂，得到复合树脂组合物；以及
向导入了预定3D图形的数字光处理3D打印机中倒入上述复合树脂组合物，调节上述数字光处理3D打印机的打印参数，打印形成具有上述预定3D 图形形状的柔性传感器。
在本发明的柔性传感器的制造方法中，首先制备包含单官能环氧丙烯酸酯和脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的聚合单体组合物。本发明中使用的单官能环氧丙烯酸酯和脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯是可进行紫外光固化的聚合单体化合物，并且由聚合单体得到的聚合物具有优异的柔韧性。
在一些优选的实施方式中，作为单官能环氧丙烯酸酯，可使用例如
Figure BDA0002648843050000051
113(Allnex公司制)，该化合物可紫外光固化，具有低气味和低反应性，固化后的聚合物具有适度的硬度和良好的柔韧性。此外，作为脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯，可使用例如
Figure BDA0002648843050000052
8413(Allnex公司制)，该化合物可以紫外光固化且固化后的聚合物具有极为优异的拉伸特性。
在一些优选的实施方式中，上述聚合单体组合物中的单官能环氧丙烯酸酯和脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的重量配比为85:15～95:5，例如可以是 85:15、86:14、87:13、88:12、89:11、90:10、91:9、92:8、93:7、94:6、95:5 等，优选为90:10。
如果脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的含量过高，会导致配制出的树脂过粘，使得传感器分辨率变低，甚至不成形；如果脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的含量过少甚至没有，传感器依旧可以成型，但是成型的传感器拉伸性能下降。
在将本发明的聚合单体组合物混合均匀后，向其中添加光引发剂。作为光引发剂，没有特别限定，可以使用任何适合于紫外光固化的引发剂，在本发明中，可以使用三甲基苯甲酰二苯基氧化磷或双酰基氧化磷作为光引发剂，优选三甲基苯甲酰二苯基氧化磷。对光引发剂的添加量没有特别限定，但优选光引发剂的添加量相对于上述聚合单体组合物的重量为0.1％～3％，更优选为1～ 2.5％。在添加光引发剂时，优选在室温下进行，例如在20～25℃下进行。
作为本发明的柔性传感器的制造方法中使用的导电填料，可以使用选自碳纳米管、碳纤维、石墨烯和金属纳米线的至少一种，从容易获得灵敏度高的柔性传感器的角度考虑，优选使用碳纳米管。
上述导电填料的添加量相对于上述聚合单体组合物的重量优选为1％～5 ％。通过添加一定量的导电填料，可以控制传感器的灵敏度以及拉伸性。当导电填料的添加量过低时，打印出的柔性传感器不导电，添加量过高时，不容易进行打印、且降低柔性传感器的拉伸性能。因此，导电填料的添加量更优选为 2％～4％。
作为含有导电填料的溶液中使用的有机溶剂，可以使用二甲苯或N,N-二甲基甲酰胺，从容易减压除去的角度考虑，更优选使用二甲苯。
在利用数字光处理3D打印机对得到的包含单官能环氧丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯、光引发剂和导电填料的复合树脂组合物进行打印时，可对3D打印机的参数进行设定，例如将紫外线照射波长设为380～410nm，曝光量设为50～100，曝光时间设为5～30分钟。在一个优选的实施方式中，紫外线照射波长可以是405nm。曝光量和曝光时间可根据复合树脂组合物的颜色及所打印的传感器的厚度进行适当选择。例如，当复合树脂组合物的颜色为黑色时，将曝光量设为100。
对于3D打印时导入的预定3D图形没有特别限定，可以是例如正方形、长方形、圆柱形、或其他各种三维图形等。
在一些特别优选的实施方式中，本发明的柔性传感器的制造方法可如下实施。即、本发明的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法包括以下步骤：
以90:10的重量比配制包含单官能环氧丙烯酸酯和脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的聚合单体组合物，在室温下搅拌使其均匀混合；
向混合后的上述聚合单体组合物中以相对于所述聚合单体组合物的重量为1～3％的量添加三甲基苯甲酰二苯基氧化磷作为光引发剂；
接着，以碳纳米管相对于上述聚合单体组合物的重量含量为2％～4％的条件添加含有碳纳米管和有机溶剂的溶液并均匀混合，然后在减压条件下除去所述有机溶剂，得到复合树脂组合物；以及
向导入了预定3D图形的数字光处理3D打印机中倒入上述复合树脂组合物，调节上述数字光处理3D打印机的打印参数，打印形成具有上述预定3D 图形形状的柔性传感器。根据需要，可以在3D打印机中同时进行多个柔性传感器的打印成型。
通过使用本发明的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，可有效地提高柔性传感器的灵敏度。此外，本发明通过以3D打印成型的方式打印具有光固化性的复合树脂组合物，制造工艺简单，且可同时打出多个传感器，大大提高了传感器的制备效率，方便传感器实现规模化制备。
实施例
下面结合具体的实施例进一步说明本发明的特征和优点。
本发明的实施例中使用以下的试剂和装置。
单官能环氧丙烯酸酯：
Figure BDA0002648843050000071
113(Allnex公司制)；
脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯：
Figure BDA0002648843050000072
8413(Allnex公司制)；
光引发剂：三甲基苯甲酰二苯基氧化磷(TPO)(上海泰坦科技有限公司)；
导电填料：碳纳米管(深圳市纳米港有限公司，直径：20-40纳米，长度： >5微米)；
数字光处理3D打印机：型号B9 Core 550(B9Creations公司制)；
场发射扫描电子显微镜(FESEM)：GeminiSEM 500。
〔实施例1〕
在常温下，将8.64g的
Figure BDA0002648843050000073
113与0.96g的
Figure BDA0002648843050000074
8413按照 90:10的比例磁力振荡混合30分钟，使其均匀混合，制得聚合单体组合物。向制得的聚合单体组合物中添加0.2g的三甲基苯甲酰二苯基氧化磷作为光引发剂，接着添加分散有0.2g碳纳米管的二甲苯溶液，进行均匀混合。然后在减压条件下除去二甲苯，得到实施例1的复合树脂组合物。
将用软件SolidWorks绘制出的.stl格式文件(包含预定3D图形)导入B9Creations的软件B9 Create中，先在B9 Create软件中设置材料打印参数并将其同步于数字光处理3D打印机中，将该3D打印机中的紫外光照射波长设为 405nm，根据材料的颜色将所需的曝光量设为100，曝光时间设为7分钟。之后对模型进行打印设置，设定在样本台上的打印位置，将打印层厚设为1mm，对模型进行切片后即可得到可导入数字光处理3D打印机中的3D模型文件，将设计的传感器3D图形导入数字光处理3D打印机中后，倒入上述得到的复合树脂组合物，即可打印出高分辨率的柔性传感器。
柔性传感器集两端电极与传感部位于一体，可同时在打印机中成型，得到单个传感器的传感部分为20mm*5mm*1mm的长方体。
〔实施例2～4〕
除了改变复合树脂组合物中的
Figure BDA0002648843050000082
113、
Figure BDA0002648843050000083
8413及碳纳米管的含量外，采用与实施例1同样的3D打印条件和方法，分别得到实施例 2～4的柔性传感器。
将实施例1～4的各复合树脂组合物的组成及3D打印机的打印参数汇总于下述表1中。
[表1]
Figure BDA0002648843050000081
<柔性传感器的形貌观察>
使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对实施例1得到的柔性传感器的表面形貌和截面形貌进行了观察，结果如图1a和图1b所示。
从柔性传感器的表面形貌与截面形貌可以看出作为填充材料的碳纳米管与树脂互相渗透，很好地结合在一起，有利于传感器的稳定性。
<柔性传感器的灵敏度试验>
对于实施例1～4中得到的柔性传感器分别进行灵敏度试验。用夹具固定柔性传感器两端电极，同时用导线连接柔性传感器和CHI660E电化学工作站，当柔性传感器随着夹具以一定量的位置进行拉伸时，电化学工作站可测得柔性传感器的电阻变化，从而可以通过以下公式得到各柔性传感器的灵敏度GF。 GF值越大，表示灵敏度越高。
Figure BDA0002648843050000091
其中，ε表示传感器拉伸的应变，R0表示未施加拉伸应力时的初始电阻， R表示随应变变化的电阻，ΔR表示传感器电阻的变化值(R-R0)。
实施例1～4中得到的柔性传感器的灵敏度GF分别为8.939、6.405、3.897 和3.187，最大应变分别为60％、45％、20％和10％。因此，由本发明的方法制造的柔性传感器具有高灵敏度、高延展性。试验结果如图2所示。
<柔性传感器的循环测试试验>
对实施例1得到的柔性传感器以拉伸率20％进行循环测试试验，试验结果如图3所示。由图3可知，本发明的柔性传感器在经过10000次以上的循环拉伸后，仍表现出良好的电阻响应，具有良好的灵敏度和稳定性。
最后，应当理解，上述实施方式及实施例的说明在所有方面均为例示，不构成限制，在不背离本发明的精神的范围内可进行各种改进。本发明的范围是由权利要求书来表示的，而不是由上述实施方式或实施例来表示的。此外本发明的范围包括与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。
工业上的可利用性
本发明的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法的制造工艺简单快速、生产成本低、可规模化生产，由该制造方法制得的柔性传感器具有高灵敏度、高延展性、高稳定性的优点。
本发明得到的基于数字光处理3D打印的柔性传感器可通过电阻的变化实时监测应变变化且可高效率低成本规模化制备，这种优异的性能可结合物联网在生物医疗、柔性机器人、结构健康检测等领域有广泛的应用前景。

Claims (10)

1.基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
以规定比例配制包含单官能环氧丙烯酸酯和脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的聚合单体组合物，在室温下搅拌使其均匀混合；
向混合后的所述聚合单体组合物中添加光引发剂；
接着添加含有导电填料和有机溶剂的溶液并均匀混合，然后在减压条件下除去所述有机溶剂，得到复合树脂组合物；以及
向导入了预定3D图形的数字光处理3D打印机中倒入所述复合树脂组合物，调节所述数字光处理3D打印机的打印参数，打印形成具有所述预定3D图形形状的柔性传感器。
2.如权利要求1所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，所述单官能环氧丙烯酸酯和所述脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的重量配比为85:15～95:5。
3.如权利要求1所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，所述单官能环氧丙烯酸酯和所述脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的重量配比为90:10。
4.如权利要求1所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，所述光引发剂为三甲基苯甲酰二苯基氧化磷或双酰基氧化磷。
5.如权利要求4所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，所述光引发剂的添加量相对于所述聚合单体组合物的重量为0.1％～3％。
6.如权利要求1所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，所述导电填料是选自碳纳米管、碳纤维、石墨烯和金属纳米线的至少一种。
7.如权利要求6所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，所述导电填料的添加量相对于所述聚合单体组合物的重量为1％～5％。
8.如权利要求1所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，所述有机溶剂为二甲苯或N,N-二甲基甲酰胺。
9.如权利要求1所述的基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，进行3D打印时，紫外线照射波长为380～410nm，曝光量为50～100，曝光时间为5～30分钟。
10.基于数字光处理3D打印的柔性传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
以90:10的重量比配制包含单官能环氧丙烯酸酯和脂族氨基甲酸酯二丙烯酸酯的聚合单体组合物，在室温下搅拌使其均匀混合；
向混合后的所述聚合单体组合物中以相对于所述聚合单体组合物的重量为1～3％的量添加三甲基苯甲酰二苯基氧化磷作为光引发剂；
接着，以碳纳米管相对于上述聚合单体组合物的重量为2％～4％的量添加含有碳纳米管和有机溶剂的溶液并均匀混合，然后在减压条件下除去所述有机溶剂，得到复合树脂组合物；以及
向导入了预定3D图形的数字光处理3D打印机中倒入所述复合树脂组合物，调节所述数字光处理3D打印机的打印参数，打印形成具有所述预定3D图形形状的柔性传感器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112848269A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 西安交通大学 一种基于3d打印模板法的三维压力传感器及其制备方法
CN112895433A (zh) * 2021-01-14 2021-06-04 河北工业大学 基于3d打印的柔性传感器装置及其制备方法
CN113561472A (zh) * 2021-06-30 2021-10-29 浙江大学 具有形状记忆功能的仿墨鱼骨轻质高强材料的制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120258302A1 (en) * 2011-04-08 2012-10-11 Bayer Materialscience Llc Flexible sensing material containing carbon nanotubes
US20140167300A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Dentca, Inc. Photo-curable resin compositions and method of using the same in three-dimensional printing for manufacturing artificial teeth and denture base
KR20150114790A (ko) * 2014-04-02 2015-10-13 성균관대학교산학협력단 입체 리소그래피용 틱소트로피성 올리고머 조성물 및 이로부터 얻어지는 입체 조형물
US20170022311A1 (en) * 2014-07-22 2017-01-26 Full Spectrum Laser, LLC Additive use for enhancing the performance of photopolymer resin for 3d printing
CN108822548A (zh) * 2018-06-19 2018-11-16 复旦大学 一种高度可拉伸高灵敏度的3d打印石墨烯基柔性传感器及其制备方法
CN110054739A (zh) * 2019-05-09 2019-07-26 闽江学院 激光三维打印用漆酚/环氧丙烯酸酯复合树脂及其制备方法
CN110724234A (zh) * 2018-06-28 2020-01-24 比亚迪股份有限公司 3d打印用光敏树脂组合物、3d打印成型方法和3d制品
CN111040092A (zh) * 2018-10-11 2020-04-21 德雷弗普罗迪医疗有限责任公司 用于增材制造三维物体的材料以及制造方法和用途
CN111171488A (zh) * 2018-10-23 2020-05-19 中国科学院化学研究所 一种用于3d打印的可见光固化光敏树脂基银导电材料及其制备的制品
CN111423536A (zh) * 2020-02-29 2020-07-17 湖南大学 一种光固化3d打印用高拉伸导电水凝胶及其制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120258302A1 (en) * 2011-04-08 2012-10-11 Bayer Materialscience Llc Flexible sensing material containing carbon nanotubes
US20140167300A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Dentca, Inc. Photo-curable resin compositions and method of using the same in three-dimensional printing for manufacturing artificial teeth and denture base
KR20150114790A (ko) * 2014-04-02 2015-10-13 성균관대학교산학협력단 입체 리소그래피용 틱소트로피성 올리고머 조성물 및 이로부터 얻어지는 입체 조형물
US20170022311A1 (en) * 2014-07-22 2017-01-26 Full Spectrum Laser, LLC Additive use for enhancing the performance of photopolymer resin for 3d printing
CN108822548A (zh) * 2018-06-19 2018-11-16 复旦大学 一种高度可拉伸高灵敏度的3d打印石墨烯基柔性传感器及其制备方法
CN110724234A (zh) * 2018-06-28 2020-01-24 比亚迪股份有限公司 3d打印用光敏树脂组合物、3d打印成型方法和3d制品
CN111040092A (zh) * 2018-10-11 2020-04-21 德雷弗普罗迪医疗有限责任公司 用于增材制造三维物体的材料以及制造方法和用途
CN111171488A (zh) * 2018-10-23 2020-05-19 中国科学院化学研究所 一种用于3d打印的可见光固化光敏树脂基银导电材料及其制备的制品
CN110054739A (zh) * 2019-05-09 2019-07-26 闽江学院 激光三维打印用漆酚/环氧丙烯酸酯复合树脂及其制备方法
CN111423536A (zh) * 2020-02-29 2020-07-17 湖南大学 一种光固化3d打印用高拉伸导电水凝胶及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALEJANDRO CORTÉS 等: ""Mechanical and Strain-Sensing Capabilities of Carbon Nanotube Reinforced Composites by Digital Light Processing 3D Printing Technology"", 《POLYMERS》 *
DINESH K. PATEL等: ""Highly Stretchable and UV Curable Elastomers for Digital Light Processing Based 3D Printing"", 《ADV. MATER.》 *
QUANYI MU等: ""Digital light processing 3D printing of conductive complex structures"", 《ADDITIVE MANUFACTURING》 *
李仲明等: "基于3D打印技术制造柔性传感器研究进展", 《化工进展》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112848269A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 西安交通大学 一种基于3d打印模板法的三维压力传感器及其制备方法
CN112895433A (zh) * 2021-01-14 2021-06-04 河北工业大学 基于3d打印的柔性传感器装置及其制备方法
CN112895433B (zh) * 2021-01-14 2022-04-12 河北工业大学 基于3d打印的柔性传感器装置及其制备方法
CN113561472A (zh) * 2021-06-30 2021-10-29 浙江大学 具有形状记忆功能的仿墨鱼骨轻质高强材料的制备方法

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