感知,是智能世界的數據入口。從仿生機器人的觸覺反饋,到可穿戴設備精準捕捉人體生命體征,柔性壓力傳感器作為智能感知終端的核心元器件,正成為打通物理世界與數字世界的關鍵紐帶。長期以來,柔性傳感器難以同時實現超高靈敏度與寬范圍線性響應,尤其在異形空腔、跨尺度微陣列等精密結構的面臨成型短板,成為限制傳感器性能突破的瓶頸。
精度決定上限,制造定義性能。作為全球微納增材制造企業,摩方精密依托面投影微立體光刻(PμSL)技術,以2μm成型精度為核心支點,打破傳統微加工工藝的尺寸與結構桎梏,實現復雜三維微結構、薄壁空腔構型、跨尺度微陣列的一體化精準成型,重塑柔性傳感產業發展新范式。
柔性傳感器的綜合性能,由界面微結構與介電層構型共同決定。其中,界面粘接結構直接定義器件的使用壽命與力學穩定性,是高性能傳感器產業化的基礎。
針對柔性傳感界面易剝離、循環性能衰減等行業痛點,南方科技大學郭傳飛教授團隊創新性引入超支化聚氨酯(HPU)微柱陣列作為粘接界面,自主合成兼具44 MPa高強度與1000%超高延展性的彈性體材料,依托特殊材料屬性結合微結構應力耗散機制,大幅提升傳感器的抗撕裂能力與循環響應穩定性。研究進一步證實,當微柱直徑低于77 μm材料缺陷敏感尺度時,結構內部無裂紋誘發缺陷,抗疲勞性能將大幅躍升。
想要完成不同尺寸微柱的性能對照、鎖定結構參數,科研團隊需要快速迭代50–800 µm跨尺度直徑、200 µm定高的多規格精密模具,這恰恰是傳統光刻、注塑加工工藝的短板。

在此背景下,摩方精密microArch® S230高精度3D打印設備發揮核心優勢,憑借2μm超高分辨率,高效批量制備全尺寸梯度微柱模具,大幅縮短材料與微結構的驗證周期,為團隊優化傳感界面參數、構建高性能HPU微柱粘接體系筑牢了堅實的微納制造根基。

如果說界面結構決定傳感器的服役壽命,那么介電層微結構則直接劃定了器件的感知性能上限。行業傳統方案多采用實心金字塔、半球形微結構設計,但受壓增大后會快速硬化、形變空間耗盡,傳感信號迅速飽和,無法兼顧微弱體征監測、大壓力工況檢測等多元應用場景,高靈敏度與寬范圍線性響應的經典矛盾始終難以破解。
針對這一核心痛點,哈爾濱工業大學姜力教授團隊創新性提出空心微結構+梯度空心微結構雙構型設計:空心腔體大幅提升介電層可壓縮性,大小金字塔交替排布的梯度結構,實現低壓大結構響應、高壓小結構接續工作的分級傳感機制。最終,該傳感器在0~620 kPa超寬量程內,實現626.9 kPa?1超高靈敏度,同時達成0.998的線性決定系數,從結構層面破解了困擾行業多年的性能制衡難題。

精妙的理論設計,終究需要制造工藝落地。在此關鍵節點,摩方精密microArch® D0210(精度:2&10 μm)雙精度3D打印設備提供了核心制造支撐。設備搭載雙精度自動切換模式,可靈活切換2 μm高精度精細成型、10 μm高效快速打印兩種模式,兼顧細節與研發效率;搭配內置自動調平系統,大幅簡化前期調試步驟,縮短模具制備周期。
依托D0210,團隊成功制備陣列一致性、尺寸精度雙達標的凸起金字塔精密主模具,再通過PDMS翻模、水凝膠澆鑄工藝,成功制備出內腔完整、形變均勻的高性能介電層薄膜,讓梯度空心傳感結構從科研設計落地為實體器件。

兩項創新性的成果,印證了摩方在柔性傳感領域的核心價值,更是打通了科學構想到功能器件的最后一公里。未來,摩方精密將持續深耕微納3D打印技術,迭代升級高精度裝備與專用材料體系,持續賦能全球科研機構與科創企業,為萬物互聯的智能時代筑牢感知基石。
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