3D打印技术制备个人导航压力传感器的数字模型

本文探讨了在个人导航系统（Personal Navigation System, PNS）中利用微喷三维打印机（Micro-Spray 3D Printer）制造个人导航用压力传感器的新型数字模型制备方法。针对微电子机械系统（Micro-Electromechanical Systems, MEMS）器件在基底表面可能存在不规则性或需要承受弯曲的情况，文章强调了微喷打印工艺在提高器件精度和性能方面的优势。 首先，研究人员对压力传感器的三维打印模型和工艺进行了深入研究，设计了一种适用于微喷打印的分层物理结构。这种结构考虑了实际应用中的复杂环境，确保了传感器在不同条件下的稳定性和可靠性。他们通过投影空间理论，采用了Terzopoulos弹性模型，结合材料和结构的弹性度特性，来模拟压力传感器在三维基底上的布局。 为了精确模拟传感器的边界轮廓，研究者使用了射线投影NURBS曲线（Non-Uniform Rational B-Spline）进行拟合，这种方法能够精确控制分层切片模型，确保每个层面的形状准确无误。在设计过程中，还着重考虑了PZT（Lead Zirconate Titanate）膜的压电性能，通过施加不同机械负荷测试其刚度，以及应用不同直流偏置来评估损耗因数和品质因数等电气性能参数。 实验结果显示，通过微喷三维打印得到的压力传感器薄膜在机械和电气性能方面表现出色，其测量值与理论预测值之间有良好的一致性。这表明该方法不仅提高了传感器的制造效率，还优化了其功能性能，对于提升可穿戴个人导航系统的整体性能具有重要意义。 本文的研究成果对于推动三维打印技术在MEMS器件制造中的应用具有重要的科学价值，特别是在个人导航设备小型化、轻量化以及个性化定制的趋势下，这种定点制备技术的应用前景广阔。关键词包括三维打印机、微机电系统制造、定点制备、弹性模型和个人导航系统，体现了该研究在相关领域的核心技术和应用方向。