KR101933985B1 - Soft sensor using 3D printing, and manufacturing method of the same, and wearable apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서는, 점도가 다른 2개의 제1,2신축성 층을 형성하고, 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층 사이에 전도성 그리스를 주사기를 이용해 3D 프린팅함으로써, 센서의 크기나 형상에 제약을 받지 않고, 다양한 크기, 개수 및 형상의 마이크로 채널을 형성할 수 있다. 또한, 몰드를 이용하지 않기 때문에 몰드를 사용하는 경우보다 얇은 두께의 소프트 센서를 제조할 수 있다. 또한, 전도성 그리스를 주사기를 이용해 3D 프린팅하기 때문에, 마이크로 채널의 두께가 최소화될 수 있다. 또한, 제1신축성 층과 제2신축성 층 사이에 형성된 마이크로 채널은 전도성 그리스로 형성되어, 겔이나 졸 상태를 유지하기 때문에 마이크로 채널의 신축성이 확보될 수 있다. 또한, CAD/CAM을 이용하여 채널 패턴을 설계하기 때문에, 채널 패턴의 설계 및 수정이 용이한 이점이 있다. A soft sensor using 3D printing according to the present invention is characterized in that two first and second elastic layers having different viscosities are formed and a conductive grease is applied between the first elastic layer and the second elastic layer by 3D printing using a syringe, It is possible to form microchannels of various sizes, numbers and shapes without being restricted by the size or shape of the sensor. In addition, since a mold is not used, a soft sensor having a thinner thickness than that of a mold can be manufactured. In addition, since the conductive grease is 3D-printed using a syringe, the thickness of the microchannel can be minimized. Further, the microchannel formed between the first stretchable layer and the second stretchable layer is formed of conductive grease and maintains the state of gel or sol, so that the stretchability of the microchannel can be secured. Further, since the channel pattern is designed using the CAD / CAM, the channel pattern can be easily designed and modified.
Description
본 발명은 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서, 이의 제조방법 및 이를 적용한 웨어러블 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신축성 시트의 내부에 전도성 그리스를 주사하여 마이크로 채널을 형성함으로써, 신축성 및 유연성을 갖는 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서, 이의 제조방법 및 이를 적용한 웨어러블 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a soft sensor using 3D printing, a method of manufacturing the same, and a wearable device using the soft sensor. More particularly, the present invention relates to a soft sensor, A method of manufacturing the same, and a wearable device using the same.
일반적으로 소프트 센서는, 실리콘이나 PDMS 등과 같은 신축성과 유연성을 갖는 소재에 전도성 물질로 형성된 전극을 구성하여, 신축성과 유연성을 가지며 변위나 힘 등을 측정할 수 있는 센서이다. 종래의 소프트 센서는, 실리콘이나 PDMS 등과 같은 신축성 소재의 내부에 마이크로 채널을 형성하고, 마이크로 채널 내부에 전도성 유체를 주입하여 제작되며, 외부에서 가해지는 힘에 의해 내부의 마이크로 채널의 형상 변화를 저항 변화로 측정하여 힘을 측정하는 센서이다. 최근에는 웨어러블 장비 등 적용 분야가 확대되면서 유연하고 신축성 있는 소프트 센서에 대한 요구가 증대되고 있다. In general, a soft sensor is a sensor that can measure elasticity, flexibility, and displacement or force by forming an electrode formed of a conductive material in a material having elasticity and flexibility such as silicon or PDMS. A conventional soft sensor is formed by forming a microchannel inside a stretchable material such as silicon or PDMS and injecting a conductive fluid into the microchannel, and by changing the shape of the inner microchannel It is a sensor that measures force and measures force. In recent years, as the range of applications such as wearable devices is expanding, demands for flexible and flexible soft sensors are increasing.
종래의 소프트 센서 제작 방법은, 마이크로 채널 성형을 위한 몰드를 제작하고, 상기 몰드에 실리콘 재료를 넣고 굳혀서 마이크로 채널 형상을 형성하고, 후처리 과정을 통해 센서를 만들었다. In a conventional method for fabricating a soft sensor, a mold for microchannel molding is manufactured, a silicon material is filled in the mold, the microchannel shape is formed by hardening, and a sensor is manufactured through a post-process.
그러나, 종래의 소프트 센서 제작 방법은, 제작 공정이 까다롭고 복잡하기 때문에, 제작자의 숙련도에 따라 센서의 성능이 영향을 받는 문제점이 있다. 또한, 대형 센서를 제작할 수 없다. However, in the conventional method of manufacturing a soft sensor, since the manufacturing process is complicated and complicated, there is a problem that the performance of the sensor is influenced by the proficiency of the manufacturer. Also, a large-sized sensor can not be manufactured.
본 발명의 목적은, 제작이 용이하면서 성능이 향상될 수 있는 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서, 이의 제조방법 및 이를 적용한 웨어러블 장치를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a soft sensor using 3D printing which can be easily manufactured and improved in performance, a method of manufacturing the same, and a wearable apparatus using the same.
본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서의 제조방법은, 베이스 기재 위에 제1신축성 소재를 도포하여 제1신축성 층을 형성하는 단계와; 상기 제1신축성 층이 굳기 전에 상기 제1신축성 층 위에 제2신축성 소재를 도포하여 상기 제1신축성 층보다 점도가 낮은 제2신축성 층을 형성하는 단계와; 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층이 굳기 전에, CNC 설비에 의해 이동이 제어되는 주사기의 바늘이 상기 제2신축성 층은 통과하고 상기 제1신축성 층 위에는 전도성 그리스를 미리 설정된 채널 패턴으로 프린팅하여, 마이크로 채널을 형성하는 단계와; 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층이 굳으면, 상기 베이스 기재로부터 떼어내어 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층 속에 상기 마이크로 채널이 내재된 구조의 소프트 센서를 형성하는 단계를 포함한다.A method of fabricating a soft sensor using 3D printing according to the present invention comprises: applying a first stretchable material onto a base substrate to form a first stretchable layer; Applying a second stretchable material over the first stretchable layer to form a second stretchable layer having a lower viscosity than the first stretchable layer before the first stretchable layer is hardened; Before the first stretchable layer and the second stretchable layer are hardened, a needle of a syringe whose movement is controlled by a CNC equipment passes the second stretchable layer and a conductive grease is printed on the first stretchable layer in a preset channel pattern Thereby forming a microchannel; And detaching the first elastic layer and the second elastic layer from the base substrate to form a soft sensor having a structure in which the microchannel is embedded in the first elastic layer and the second elastic layer when the first elastic layer and the second elastic layer are hardened .
본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서는, 제1신축성 소재로 형성된 제1신축성 층과; 상기 제1신축성 층 위에 제2신축성 소재를 도포하여 적층 형성되고, 상기 제1신축성 층보다 점도가 낮게 형성된 제2신축성 층과; 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층 사이에 형성되고, CNC 설비에 의해 이동이 제어되는 주사기에 의해 전도성 그리스가 미리 설정된 채널 패턴으로 프린팅된 마이크로 채널을 포함한다.A soft sensor using 3D printing according to the present invention comprises: a first elastic layer formed of a first elastic material; A second stretchable layer formed by applying a second stretchable material on the first stretchable layer and formed to have a viscosity lower than that of the first stretchable layer; And a microchannel formed between the first elastic layer and the second elastic layer and having conductive grease printed in a predetermined channel pattern by a syringe whose movement is controlled by a CNC equipment.
본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서는, 점도가 서로 다른 제1,2신축성 층이 적층 형성된 신축성 시트와; 상기 신축성 시트의 내부에서 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층 사이에 형성되고 CNC설비에 의해 이동이 제어되는 주사기를 통해 전도성 그리스가 미리 설정된 패턴으로 3D 프린팅되어 형성된 복수의 마이크로 채널들과; 상기 마이크로 채널들에 연결된 전극들을 포함한다.A soft sensor using 3D printing according to the present invention comprises: a stretchable sheet having first and second stretchable layers having different viscosities laminated; A plurality of microchannels formed between the first elastic layer and the second elastic layer inside the elastic sheet and formed by 3D printing of conductive grease in a predetermined pattern through a syringe whose movement is controlled by a CNC equipment; And electrodes connected to the microchannels.
본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서는, 점도가 다른 2개의 제1,2신축성 층을 형성하고, 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층 사이에 전도성 그리스를 주사기를 이용해 3D 프린팅함으로써, 센서의 크기나 형상에 제약을 받지 않고, 다양한 크기, 개수 및 형상의 마이크로 채널을 형성할 수 있다. A soft sensor using 3D printing according to the present invention is characterized in that two first and second elastic layers having different viscosities are formed and a conductive grease is applied between the first elastic layer and the second elastic layer by 3D printing using a syringe, It is possible to form microchannels of various sizes, numbers and shapes without being restricted by the size or shape of the sensor.
또한, 몰드를 이용하지 않기 때문에 몰드를 사용하는 경우보다 얇은 두께의 소프트 센서를 제조할 수 있다. In addition, since a mold is not used, a soft sensor having a thinner thickness than that of a mold can be manufactured.
또한, 전도성 그리스를 주사기를 이용해 3D 프린팅하기 때문에, 마이크로 채널의 두께가 최소화될 수 있다. In addition, since the conductive grease is 3D-printed using a syringe, the thickness of the microchannel can be minimized.
또한, 제1신축성 층과 제2신축성 층 사이에 형성된 마이크로 채널은 전도성 그리스로 형성되어, 겔이나 졸 상태를 유지하기 때문에 마이크로 채널의 신축성이 확보될 수 있다. Further, the microchannel formed between the first stretchable layer and the second stretchable layer is formed of conductive grease and maintains the state of gel or sol, so that the stretchability of the microchannel can be secured.
또한, CAD/CAM을 이용하여 채널 패턴을 설계하기 때문에, 채널 패턴의 설계 및 수정이 용이한 이점이 있다. Further, since the channel pattern is designed using the CAD / CAM, the channel pattern can be easily designed and modified.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서의 제조방법이 개략적으로 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소프트 센서를 적용한 웨어러블 디바이스의 예를 나타낸다.1 is a view showing a soft sensor using 3D printing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view illustrating a method of manufacturing a soft sensor using 3D printing according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 shows an example of a wearable device to which a soft sensor according to an embodiment of the present invention is applied.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서가 도시된 도면이다.1 is a view showing a soft sensor using 3D printing according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서는, 신축성 시트(10)와, 상기 신축성 시트(10)의 내부에 형성된 마이크로 채널(20)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a soft sensor using 3D printing according to an embodiment of the present invention includes a
상기 신축성 시트(10)는, 제1신축성 층(11)과 제2신축성 층(12)을 포함한다. 상기 제1신축성 층(11)과 상기 제2신축성 층(12)은 별도로 형성되며, 상하방향으로 적층된 구조이다.The
상기 제1신축성 층(11)은, 제1신축성 소재를 도포하여 상기 제1신축성 소재로 형성된 층이다. 상기 제1신축성 소재는, 신축성과 유연성을 갖는 비전도성 물질이다. 상기 제1신축성 소재는, 실리콘을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. The first stretchable layer (11) is a layer formed of the first stretchable material by applying a first stretchable material. The first stretchable material is a nonconductive material having stretchability and flexibility. The first stretchable material is exemplified by using silicon.
상기 제2신축성 층(12)은, 제2신축성 소재를 도포하여 상기 제2신축성 소재로 형성된 층이다. 상기 제2신축성 소재는, 신축성과 유연성을 갖는 비전도성 물질이다. 본 실시예에서는, 상기 제2신축성 소재는 실리콘을 사용하고, 상기 제2신축성 소재와 상기 제2신축성 소재는 동일한 소재인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 제1신축성 소재와 상기 제2신축성 소재를 동일한 실리콘을 사용할 경우, 실리콘이 단일(monolithic)의 시트로 굳어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 실리콘 이외에 다른 동일한 소재를 사용하거나, 서로 다른 소재를 사용하는 것도 물론 가능하다. The second elastic layer 12 is a layer formed of the second elastic material by applying a second elastic material. The second stretchable material is a nonconductive material having stretchability and flexibility. In this embodiment, silicon is used as the second stretchable material, and the second stretchable material and the second stretchable material are the same material. If the first stretchable material and the second stretchable material are made of the same silicone, the silicone can be hardened into a monolithic sheet. However, the present invention is not limited to this, and it is of course possible to use the same material other than silicon or to use different materials.
상기 제2신축성 층(12)은, 상기 제1신축성 층(11)보다 점도가 낮게 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 제1신축성 층(11)과 상기 제2신축성 층(12)은 서로 동일한 신축성 소재를 사용하되, 상기 제1신축성 층(11)은 신축성 소재에 점도를 높이는 점도 강화제(thickening agent)를 첨가하고, 상기 제2신축성 층(12)은 상기 신축성 소재에 점도를 낮추는 감점제(thinning agent)를 사용한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1신축성 층(11)과 상기 제2신축성 층(12)의 점도의 차이는 상기 제1신축성 소재와 상기 제2신축성 소재의 점도에 따라 설정될 수도 있고, 상기 제1신축성 소재와 상기 제2신축성 소재에 별도의 점도 조절제를 서로 다른 비율로 첨가하여 조절하는 것도 가능하다. The second elastic layer (12) is formed to have a lower viscosity than the first elastic layer (11). In the present embodiment, the first
상기 마이크로 채널(20)은, 상기 제1신축성 층(11)과 상기 제2신축성 층(12)사이에 형성된다. 상기 마이크로 채널(20)은, 상기 제1신축성 층(11)위에 상기 제2신축성 층(12)이 적층된 후, CNC설비에 결합된 주사기(30)의 바늘(31)을 상기 제2신축성 층(12)을 통과시켜, 상기 제1신축성 층(11)위에 전도성 그리스를 주사하여 미리 설정된 채널 패턴으로 3D 프린팅하여 형성된다. The microchannel (20) is formed between the first elastic layer (11) and the second elastic layer (12). The
상기 전도성 그리스는, 카본 전도성 그리스를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 카본 전도성 그리스는 겔(gel)이나 졸(sol) 타입으로 상기 마이크로 채널을 형성하기 용이하다.
The conductive grease is exemplified by using a carbon conductive grease. The carbon conductive grease is of gel or sol type and is easy to form the microchannel.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서의 제조방법이 개략적으로 도시된 도면이다.FIG. 2 is a schematic view illustrating a method of manufacturing a soft sensor using 3D printing according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 2, a method of manufacturing a soft sensor using 3D printing according to an embodiment of the present invention will now be described.
도 2a를 참조하면, 베이스 기재(2) 위에 상기 제1신축성 소재를 도포하여 상기 제1신축성 층(11)을 형성한다. 이 때, 상기 제1신축성 층(11)은 후술하는 상기 제2신축성 층(12)보다 점도가 높게 형성된 층이며, 굳지 않은 상태이다.Referring to FIG. 2A, the first
상기 베이스 기재(2)는, 상기 제1신축성 층(11)이 굳지 않는 상태로 담길 수 있는 형상으로 형성된다. 즉, 상기 베이스 기재(2)는, 측벽부를 갖는 그릇 형상으로 형성된다. The
도 2b를 참조하면, 상기 제1신축성 층(11) 위에 상기 제2신축성 소재를 도포하여 상기 제2신축성 층(12)을 형성한다. 상기 제1신축성 층(11)위에 상기 제2신축성 층(12)이 적층되어 상기 신축성 시트(10)를 형성하나, 상기 제1신축성 층(11)과 상기 제2신축성 층(12)이 서로 섞이지 않는다. Referring to FIG. 2B, the second stretchable material 12 is applied on the first
도 2c를 참조하면, 상기 신축성 시트(10)의 내부에 상기 주사기(30)를 이용하여 상기 카본 전도성 그리스(21)를 주사한다. 이 때, 상기 주사기(30)의 바늘(31)은 상기 제2신축성 시트(12)를 관통하여, 상기 바늘(31)은 상기 제1신축성 층(11) 위에 상기 카본 전도성 그리스(21)를 주사한다. 따라서, 상기 카본 전도성 그리스(21)는 점도가 상대적으로 높은 상기 제1신축성 층(11)위에만 주사될 수 있다. Referring to FIG. 2C, the carbon
상기 제2신축성 층(12)은 점도가 낮기 때문에, 상기 주사기(30)의 바늘(31)이 통과하는 것이 용이하며, 상기 바늘(31)이 상기 채널 패턴을 프린팅하기 위해 상기 제2신축성 층(12)의 내부에서 이동하는 것도 용이하다. 즉, 상기 제2신축성 층(12)은 점도가 매우 낮기 때문에, 상기 바늘(31)의 이동시 상기 제2신축성 층(12)에는 상기 바늘(31)의 이동 자국이나 관통홀이 남아있지 않고, 메워질 수 있다. Because the second elastic layer 12 is low in viscosity, it is easy for the
상기 제1신축성 층(11)은 점도가 상대적으로 높기 때문에, 상기 주사기(30)의 바늘(31)로부터 주사되는 상기 카본 전도성 그리스(21)로 상기 채널 패턴을 프린팅하기가 용이하다. 상기 주사기(30)의 바늘(31)의 높이는 후술하는 CNC 설비의 3축 제어기의 제어에 따라 제어될 수 있다. Since the first
상기 주사기(30)에는 상기 카본 전도성 그리스(21)가 충진된다. 상기 주사기(30)는, CNC 설비에 결합되고, 3축 방향으로 이동가능하도록 제어된다. 상기 CNC 설비는, 3D 프린터기에 해당하며, 3축 제어기, 주사 제어기, 현미경 등을 포함할 수 있다. The syringe (30) is filled with the carbon conductive grease (21). The
상기 주사기(30)는 상기 3축 제어기의 제어에 의해 미리 설정된 경로로 이동하면서 상기 카본 전도성 그리스(21)를 주사한다. 상기 3축 방향의 경로는 상기 채널 패턴에 따라 각각 설정된다. The
상기 채널 패턴은, 사용자가 CAD를 이용하여 원하는 마이크로 채널의 패턴으로 설계한다. 상기 채널 패턴을 CAD를 이용하여 설계하기 때문에, 다양한 형상, 크기 및 개수로 설계가 용이하고, 수정도 용이하다. 상기 채널 패턴의 형상, 크기 및 개수는 소프트 센서의 용도, 크기 등에 따라 설정된다. The channel pattern is designed by a user in a desired microchannel pattern using CAD. Since the channel pattern is designed using a CAD, it can be easily designed in various shapes, sizes, and numbers, and it is easy to modify. The shape, size, and number of the channel patterns are set according to the usage, size, and the like of the soft sensor.
상기 채널 패턴을 설계한 후, CAM을 이용하여 G코드를 생성하고, 시뮬레이터를 이용하여 G코드를 수정한 후, 상기 3축 제어기에 전달된다. 따라서, 상기 채널 패턴은, CAD/CAM을 이용하여 설계 및 수정이 용이한 이점이 있다. 또한, 상기 채널 패턴을 형성하기 위한 별도의 몰드를 제작할 필요가 없는 이점이 있다.After designing the channel pattern, a G code is generated using CAM, a G code is modified using a simulator, and then the signal is transmitted to the triaxial controller. Therefore, the channel pattern has an advantage of being easily designed and modified using a CAD / CAM. Further, there is an advantage that it is not necessary to produce a separate mold for forming the channel pattern.
상기 주사기(30)로 상기 카본 전도성 그리스를 주사시 공정 변수의 조절을 통해 상기 마이크로 채널의 형상, 크기 및 상기 소프트 센서의 특성을 조절할 수 있다. 상기 공정 변수는, 상기 주사기(30)의 바늘의 내경, 상기 주사기(30)의 주사 압력, 상기 주사기의 이송 속도를 포함한다. 상기 공정 변수들을 적절히 조합하여, 원하는 마이크로 채널의 형상, 크기 및 소프트 센서의 특성을 조절할 수 있다. 상기 공정 변수들은, 사용자가 직접 설정하거나, 미리 설정된 프로그램에 의해 최적의 조건으로 설정되는 것도 가능하다. 본 실시예에서는, 상기 주사기의 이송속도를 300mm/min, 상기 주사기의 주사 압력은 25psi으로 설정하였다.When the carbon conductive grease is injected into the
상기 주사기(30)의 바늘의 내경이 작을수록 상기 마이크로 채널(20)의 단면의 폭과 높이가 작아진다. 상기 마이크로 채널(20)의 단면의 폭과 높이에 따라 상기 소프트 센서의 성능이 변화될 수 있다. 상기 폭과 높이가 작을수록 상기 소프트 센서의 민감도는 증가한다. 상기 주사기(30)는 상기 CNC 설비에 착탈가능토록 결합되어, 교체 가능하다. 또한, 상기 주사기(30)의 바늘만 교체하는 것도 물론 가능하다.The smaller the inner diameter of the needle of the
상기 주사기(30)에서 상기 카본 전도성 그리스를 주사하는 압력이 높을수록 상기 마이크로 채널(20)의 단면의 폭과 높이가 커진다. 상기 주사기(30)의 압력은 상기 주사 제어기(dispensing controller)에 의해 제어된다. As the pressure for scanning the carbon conductive grease in the
상기 주사기(30)의 이송 속도가 빠를수록 상기 마이크로 채널(20)의 단면의 직경이 작아진다. 상기 마이크로 채널(20)은 상기 카본 전도성 그리스를 굳지 않은 상태의 실리콘 위에 프린팅하는 것이므로, 단면이 원형 형상으로 형성되고, 이송 속도가 빠를수록 직경이 작아진다. 상기 주사기(30)의 이송 속도는 상기 3축 제어기에 의해 제어된다.As the feed rate of the
한편, 상기 마이크로 채널(20)을 형성한 이후, 상기 주사기(30)의 바늘(31)을 상향 이동시켜 상기 제2신축성 층(12)으로부터 빼낸다.After the
상기 주사기(30)의 바늘(31)을 상기 제2신축성 층(12)으로부터 빼내면, 상기 제2신축성 층(12)은 점도가 낮기 때문에 상기 바늘(31)이 관통했던 자리가 바로 메워질 수 있다. When the
이후, 상기 제1신축성 층(11)과 상기 제2신축성 층(12)이 굳으면, 상기 베이스 기재(2)를 떼어내어 상기 소프트 센서를 완성할 수 있다. Thereafter, when the first
상기와 같은 방법으로 제작된 상기 소프트 센서는, 상기 제1신축성 층(11)과 상기 제2신축성 층(12)사이에서 상기 마이크로 채널(20)은 겔이나 졸 상태를 유지하기 때문에, 상기 마이크로 채널(20)의 신축성이 유지될 수 있다. The soft sensor fabricated in this way is advantageous in that since the
또한, 상기 소프트 센서는 몰드를 이용하여 제작하는 경우에 비해 두께를 얇게 제작할 수 있다. In addition, the soft sensor can be made thinner than the case of using a mold.
또한, 상기 소프트 센서는, CAD/CAM을 이용하여 상기 채널 패턴을 용이하게 설계하고 변경할 수 있다. In addition, the soft sensor can easily design and change the channel pattern using CAD / CAM.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소프트 센서를 적용한 웨어러블 디바이스의 예를 나타낸다.Meanwhile, FIG. 3 shows an example of a wearable device to which a soft sensor according to an embodiment of the present invention is applied.
도 3을 참조하면, 하나의 신축성 시트(10)에 복수의 마이크로 채널들(20)을 형성한 상태를 나타낸다. 즉, 상기 하나의 신축성 시트(10)를 착용하고자 하는 부위에 맞는 형상으로 잘라내어 사용할 수 있다. 여기서는, 발바닥 형상으로 잘라내어, 지면 반발력을 측정하기 위한 신발 센서로 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. Referring to FIG. 3, a plurality of
상기와 같이, 상기 복수의 마이크로 채널들(20)을 3D 프린팅을 이용해 한번에 형성할 수 있으므로, 대면적 크기의 센서 제작이 용이하다. As described above, since the plurality of
또한, 복수의 채널 패턴들을 형성하기 위한 몰드들이 필요하지 않으므로, 제조가 간편하고 비용이 절감될 수 있다. In addition, since molds for forming a plurality of channel patterns are not required, manufacturing can be simplified and cost can be reduced.
본 발명에 따른 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서는, 크기에 제약을 받지 않으며 센서의 두께가 매우 얇고 신축성을 가지기 때문에, 다양한 개수와 형상의 마이크로 채널들(20)을 형성하는 것이 가능하기 때문에, 다양한 크기를 가지고 복잡한 움직임을 가지는 어깨, 발목, 손목, 손가락 등 관절에도 적용이 용이하다.
Since the soft sensor using 3D printing according to the present invention is capable of forming
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10: 신축성 시트 11: 제1신축성 층
12: 제2신축성 층 20: 마이크로 채널
30: 주사기 31: 바늘10: stretchable sheet 11: first stretchable layer
12: second elastic layer 20: microchannel
30: Syringe 31: Needle
Claims (10)
상기 제1신축성 층이 굳기 전에 상기 제1신축성 층 위에 제2신축성 소재를 도포하여 상기 제1신축성 층보다 점도가 낮은 제2신축성 층을 형성하여, 상기 제1신축성 층 위에 상기 제2신축성 층이 적층되고 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층이 서로 섞이지 않는 신축성 시트를 형성하는 단계와;
상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층이 굳기 전에, 상기 신축성 시트의 내부에 CNC 설비에 의해 이동이 제어되는 주사기를 이용하여 전도성 그리스를 주사하여, 미리 설정된 채널 패턴으로 프린팅하여, 마이크로 채널을 형성하는 단계와;
상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층이 굳으면, 상기 베이스 기재로부터 떼어내어 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층 속에서 겔이나 졸 상태를 유지하여 신축성을 갖는 상기 마이크로 채널이 내재된 구조의 소프트 센서를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1신축성 층은, 상기 제1신축성 소재에 점도를 높이는 점도 강화제(thickening agent)를 첨가하여 형성하고,
상기 제2신축성 층은, 상기 제2신축성 소재에 점도를 낮추는 감점제(thinning agent)를 첨가하여 형성하여,
상기 마이크로 채널을 형성하는 단계에서는,
상기 주사기의 바늘은 상기 제2신축성 층을 관통하여, 상기 전도성 그리스를 상기 제1신축성 층 위에 주사하고,
상기 채널 패턴을 프린팅한 후, 상기 주사기의 바늘을 상향 이동시켜 상기 제2신축성 층으로부터 빼내면, 상기 바늘이 관통했던 자리가 메워지는 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서의 제조방법.Applying a first stretchable material over the base substrate to form a first stretchable layer;
Forming a second stretchable layer having a lower viscosity than the first stretchable layer by applying a second stretchable material over the first stretchable layer before the first stretchable layer is hardened to form a second stretchable layer having a lower viscosity than the first stretchable layer, Forming a stretchable sheet laminated and in which the first stretchable layer and the second stretchable layer are not intermixed with each other;
Before the first stretchable layer and the second stretchable layer are hardened, a conductive grease is injected into the stretchable sheet by using a syringe whose movement is controlled by a CNC equipment, and printing is performed in a preset channel pattern, ; ≪ / RTI >
When the first elastic layer and the second elastic layer are hardened, they are detached from the base substrate to maintain a state of gel or sol in the first elastic layer and the second elastic layer so that the micro- Forming a soft sensor of the structure,
Wherein the first elastic layer is formed by adding a viscosity increasing agent to the first elastic material,
Wherein the second elastic layer is formed by adding a thinning agent to the second elastic material to lower the viscosity,
In the step of forming the microchannel,
The needle of the syringe penetrating the second elastic layer, injecting the conductive grease onto the first elastic layer,
And printing the channel pattern and then moving the needle of the syringe upwardly and pulling it out of the second elastic layer, wherein the spot through which the needle has penetrated is filled.
상기 전도성 그리스는, 카본 전도성 그리스를 사용하는 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the conductive grease is made by 3D printing using carbon conductive grease.
상기 제1신축성 소재와 상기 제2신축성 소재는 실리콘을 사용하는 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the first stretchable material and the second stretchable material are fabricated using 3D printing using silicon.
상기 채널 패턴은,
CAD를 이용하여 설계된 후, CAM을 이용하여 코드화되어, 상기 CNC 설비에 전달되는 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서의 제조방법.The method according to claim 1,
The channel pattern may include:
A method of manufacturing a soft sensor using 3D printing, which is designed using CAD, coded using CAM, and transmitted to the CNC equipment.
상기 마이크로 채널의 형상, 크기 및 성능은,
상기 주사기의 바늘의 내경, 상기 주사기의 주사 압력, 상기 주사기의 이송 속도 중 적어도 하나에 따라 조절되는 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서의 제조방법.The method according to claim 1,
The shape, size, and performance of the micro-
Wherein the inner diameter of the needle of the syringe, the syringe pressure of the syringe, and the transfer speed of the syringe are controlled by 3D printing.
상기 제1신축성 층 위에 제2신축성 소재를 도포하여 적층 형성되고, 상기 제1신축성 층보다 점도가 낮게 형성된 제2신축성 층과;
상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층 사이에 형성되고, CNC 설비에 의해 이동이 제어되는 주사기에 의해 전도성 그리스가 미리 설정된 채널 패턴으로 프린팅되어, 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층 사이에서 겔이나 졸 상태를 유지하여 신축성을 갖는 마이크로 채널을 포함하고,
상기 제1신축성 층은, 상기 제1신축성 소재에 점도를 높이는 점도 강화제(thickening agent)를 첨가하여 형성하고,
상기 제2신축성 층은, 상기 제2신축성 소재에 점도를 낮추는 감점제(thinning agent)를 첨가하여 형성한 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서. A first stretchable layer formed of a first stretchable material;
A second stretchable layer formed by applying a second stretchable material on the first stretchable layer and formed to have a viscosity lower than that of the first stretchable layer;
Conductive grease is printed in a predetermined channel pattern by a syringe formed between the first elastic layer and the second elastic layer and controlled to be moved by a CNC equipment so that a gap between the first elastic layer and the second elastic layer A microchannel having elasticity by maintaining a state of gel or sol in the microchannel,
Wherein the first elastic layer is formed by adding a viscosity increasing agent to the first elastic material,
And the second elastic layer is formed by adding a thinning agent to lower the viscosity of the second elastic material.
상기 전도성 그리스는, 카본 전도성 그리스를 사용하는 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서. The method of claim 7,
The conductive grease is made by 3D printing using carbon conductive grease.
상기 신축성 시트의 내부에서 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층 사이에 형성되고 CNC설비에 의해 이동이 제어되는 주사기를 통해 전도성 그리스가 미리 설정된 패턴으로 3D 프린팅되어 형성되어, 상기 제1신축성 층과 상기 제2신축성 층 사이에서 겔이나 졸 상태를 유지하여 신축성을 갖는 복수의 마이크로 채널들과;
상기 마이크로 채널들에 연결된 전극들을 포함하고,
상기 제1신축성 층은, 상기 제1신축성 소재에 점도를 높이는 점도 강화제(thickening agent)를 첨가하여 형성하고,
상기 제2신축성 층은, 상기 제2신축성 소재에 점도를 낮추는 감점제(thinning agent)를 첨가하여 형성한 3D 프린팅을 이용한 소프트 센서를 이용한 웨어러블 디바이스. A stretchable sheet in which first and second stretchable layers having different viscosities are laminated;
Conductive grease is formed by 3D printing in a predetermined pattern through a syringe formed between the first elastic layer and the second elastic layer inside the elastic sheet and controlled to move by a CNC equipment, A plurality of microchannels having elasticity by maintaining a state of gel or sol between the first elastic layer and the second elastic layer;
And electrodes connected to the microchannels,
Wherein the first elastic layer is formed by adding a viscosity increasing agent to the first elastic material,
Wherein the second elastic layer is formed by adding a thinning agent for lowering the viscosity of the second elastic material to the wearable device.
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