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Technical articles
更新时间:2026-07-08
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感知,是智能世界的数据入口。从仿生机器人的触觉反馈,到可穿戴设备精准捕捉人体生命体征,柔性压力传感器作为智能感知终端的核心元器件,正成为打通物理世界与数字世界的关键纽带。长期以来,柔性传感器难以同时实现超高灵敏度与宽范围线性响应,尤其在异形空腔、跨尺度微阵列等精密结构的面临成型短板,成为限制传感器性能突破的瓶颈。
精度决定上限,制造定义性能。作为全球微纳增材制造企业,摩方精密依托面投影微立体光刻(PμSL)技术,以2μm成型精度为核心支点,打破传统微加工工艺的尺寸与结构桎梏,实现复杂三维微结构、薄壁空腔构型、跨尺度微阵列的一体化精准成型,重塑柔性传感产业发展新范式。
柔性传感器的综合性能,由界面微结构与介电层构型共同决定。其中,界面粘接结构直接定义器件的使用寿命与力学稳定性,是高性能传感器产业化的基础。
针对柔性传感界面易剥离、循环性能衰减等行业痛点,南方科技大学郭传飞教授团队创新性引入超支化聚氨酯(HPU)微柱阵列作为粘接界面,自主合成兼具44 MPa高强度与1000%超高延展性的弹性体材料,依托特殊材料属性结合微结构应力耗散机制,大幅提升传感器的抗撕裂能力与循环响应稳定性。研究进一步证实,当微柱直径低于77 μm材料缺陷敏感尺度时,结构内部无裂纹诱发缺陷,抗疲劳性能将大幅跃升。
想要完成不同尺寸微柱的性能对照、锁定结构参数,科研团队需要快速迭代50–800 µm跨尺度直径、200 µm定高的多规格精密模具,这恰恰是传统光刻、注塑加工工艺的短板。
在此背景下,摩方精密microArch® S230高精度3D打印设备发挥核心优势,凭借2μm超高分辨率,高效批量制备全尺寸梯度微柱模具,大幅缩短材料与微结构的验证周期,为团队优化传感界面参数、构建高性能HPU微柱粘接体系筑牢了坚实的微纳制造根基。
如果说界面结构决定传感器的服役寿命,那么介电层微结构则直接划定了器件的感知性能上限。行业传统方案多采用实心金字塔、半球形微结构设计,但受压增大后会快速硬化、形变空间耗尽,传感信号迅速饱和,无法兼顾微弱体征监测、大压力工况检测等多元应用场景,高灵敏度与宽范围线性响应的经典矛盾始终难以破解。
针对这一核心痛点,哈尔滨工业大学姜力教授团队创新性提出空心微结构+梯度空心微结构双构型设计:空心腔体大幅提升介电层可压缩性,大小金字塔交替排布的梯度结构,实现低压大结构响应、高压小结构接续工作的分级传感机制。最终,该传感器在0~620 kPa超宽量程内,实现626.9 kPa⁻¹超高灵敏度,同时达成0.998的线性决定系数,从结构层面破解了困扰行业多年的性能制衡难题。
精妙的理论设计,终究需要制造工艺落地。在此关键节点,摩方精密microArch® D0210(精度:2&10 μm)双精度3D打印设备提供了核心制造支撑。设备搭载双精度自动切换模式,可灵活切换2 μm高精度精细成型、10 μm高效快速打印两种模式,兼顾细节与研发效率;搭配内置自动调平系统,大幅简化前期调试步骤,缩短模具制备周期。
依托D0210,团队成功制备阵列一致性、尺寸精度双达标的凸起金字塔精密主模具,再通过PDMS翻模、水凝胶浇铸工艺,成功制备出内腔完整、形变均匀的高性能介电层薄膜,让梯度空心传感结构从科研设计落地为实体器件。
两项创新性的成果,印证了摩方在柔性传感领域的核心价值,更是打通了科学构想到功能器件的最后一公里。未来,摩方精密将持续深耕微纳3D打印技术,迭代升级高精度装备与专用材料体系,持续赋能全球科研机构与科创企业,为万物互联的智能时代筑牢感知基石。