研究人员使用混合添加制造(AM)技术制造第一个完全3D打印的压电加速度计。
在过去的几年中，AM/3D印刷作为一种用于机电设备制造的合适的制造方法，已经获得了极大的关注，这是因为使用AM技术制备的机械结构具有增强的工艺灵活性、改进的产品定制能力和更好的三维性。
诸如加速度计之类的机电设备，通常由具有机械可移动部件的电子元件组成。因此，当各种AM技术，如立体平版印刷(SLA)和喷墨印刷(IJP)协同使用时，这种器件的生产特别有益。
在这项研究中，研究人员使用一种新的混合AM技术，制造了第一个能够读取压电信号的全3D印刷功能加速度计，该技术结合了SLA和IJP技术，并对制造的设备进行了实验验证。
SLA用于使用光固化THERMA DM500树脂印刷单轴加速度计的结构部件，而IJP用于通过在SLA印刷的装置表面上沉积聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)压电层和相应的导电银电极(银/P(VDF-TrFE)/银)来制造压电读出部分。
选择THERMA DM500商用树脂来印刷加速度计的结构部件，因为其具有高玻璃化转变温度和热降解温度，考虑到高温用于退火功能性P(VDF-TrFE)层和银电极，这是必要的。电晕处理用于增加树脂表面的亲水性。
IJP是一种有效的和可扩展的沉积技术，被选择用于功能层的沉积，因为它提供了一种无成本的、容易的和可重复的图案化技术来制造压电材料和相应的互连。
为了评估印刷结构随时间的收缩，在印刷后立即、后固化后以及随后在特定的时间间隔测定立方体样品的体积。然后，通过印刷和测量几个具有不同厚度和宽度的光束，获得树脂在厚度方面的收缩值。
加速度计基于其第一弯曲模式变形，并且在压电聚合物中产生电压信号，检测该电压信号以确定作用在加速度计上的外部加速度。
在SLA印刷过程中引入支撑件，并保持到IJP过程结束，以提供机械支撑来防止聚合物结构的不受控制的挠曲，这归因于为固化功能层和最高板温度而进行的退火。
与水平印刷的样品相比，使用SLA的垂直印刷的树脂样品的表面粗糙度更高，这需要沉积多个银层以完全覆盖树脂表面。
虽然两层银层足以覆盖树脂表面，但是沉积三层以获得具有额外厚度的底部银电极。银沉积后，树脂表面被适度整平。与压电层和底部电极相比，顶部银电极的厚度保持较小，以避免短路。
电晕处理后获得高亲水性树脂表面以防止图案破裂。具体而言，银油墨在具有高润湿性的经处理的树脂样品表面上的分布明显更好，因为该表面限制了油墨材料的局部积聚并减少了产生微裂纹的机会。
印刷结构的收缩主要在30分钟后固化过程中观察到，并且在后固化过程后平均收缩为3.76%。此外，对于宽度较小的梁，收缩值较大。
在几何加速度计中，观察到从实验中获得的固有频率值与5 g和1.8 g外部加速度的数值预测值之间存在相当大的差异，这归因于材料属性和几何形状的不确定性。
总之，这项研究的结果有效地证明了3D印刷压电加速度计感测加速度的能力，以及使用所提出的混合调幅技术在介观尺度上制造机电传感器的可行性。
