来源：机械工程学报
引用论文
Wanquan Yan, Xiaoyong Tian, Daokang Zhang, Yanli Zhou, Qingrui Wang. 3D Printing of Stretchable Strain Sensor Based on Continuous Fiber Reinforced Auxetic Structure. Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers, 2023，2(2): 100073.
https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2023.100073.
https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2772665723000120
1 研究现状
可拉伸应变传感器的需求日益增加，然而传统的制备工艺已经逐渐不能支持其复杂的结构设计以及低成本、低能耗的发展需求，其传感性能也由于受制于泊松收缩难以实现有效的提升。通过拉胀结构抑制泊松收缩是一种可以大幅提升压阻式柔性应变传感器灵敏度性能的方法，但也使得其制造面临更严峻的考验。此外，由于柔性传感复合材料不稳定性以及弹性基体材料迟滞性的存在，应用于精准的变形检测与控制尚存在一定的困难。
Fig. 1 (a) Fabrication process of the auxetic structure sensor; (b) Section view of the barrel for printing auxetic structure
2 研究难点或瓶颈
（1）通过多材料墨水直写打印设备开发，以及合理制备工艺设计，实现集成度高、成本低且高效的拉胀结构传感器3D打印制备工艺
（2）拉胀结构材料优化，所用材料既需要具有足够强力学性能，有效抑制弹性基底的泊松收缩甚至产生膨胀效果，也需要保持足够的柔韧性，避免多次使用后出现结构损伤而减低耐久度。
（3）传感器迟滞性对于结构的精准变形控制尚存在一定的困难，需要更高精度的控制算法。
Fig. 2 (a) Prepared fiber-PDMS auxetic sensor, film sensor, and PTFE-PDMS auxetic sensor; (b) Stretching process of the sensors; (c) Mechanical properties of the auxetic structure material; (d) Lateral strain of the film sensor and the auxetic sensor; (e) Poisson's ratio at 20% strain of the film sensor and the auxetic sensor
3 展望（发展趋势）
可拉伸应变传感器的需求将日益增加，且性能需求也将更加苛刻，传统传感器制备工艺将不能支持其复杂的结构设计以及低成本、低能耗的发展需求，3D打印技术将为其进一步发展提供便利。3D打印技术不仅能够大大提高传感器结构设计的灵活性，更能实现传感器的高效集成制造。拉胀结构可以抑制弹性材料的泊松收缩，将成为提升可拉伸传感器灵敏度的有效方案之一并得到长足发展。可拉伸传感器由于存在一定程度的不稳定性与迟滞性，未来将依靠更加精准的信号处理方法与控制逻辑，实现它在变体飞行器和可展开天线等大变形结构的精确控制应用。
团队带头人介绍
田小永，西安交通大学教授、博士生导师，毕业于德国克劳斯塔尔工业大学，获工学博士学位。研究方向：复合材料增材制造。发表论文70余篇，获授权发明专利30件，通过专利授权实施，实现连续纤维增强复合材料3D打印工艺装备的产业化推广。入选西安交通大学青年拔尖人才支持计划，获得“王宽诚青年学者”、“陕西省青年科技新星”等称号。担任《Progress in Additive Manufacturing》（Springer）期刊 副主编、《中国机械工程学报：增材制造前沿》（英文）期刊副主编。
团队研究方向
1） 多材料粉末床熔融智能工艺与装备
关键技术一：粉末床全场温度实时监测与智能控制；
关键技术二：功能驱动材料、工艺一体化制造进程优化技术；
关键技术三：高性能聚合物复合材料、多孔陶瓷成形与创新应用探索。
2）高性能连续纤维增强热塑性复合材料3D打印
关键技术一：高性能连续纤维增强热塑性复合材料3D打印；
关键技术二：基于工业机器人的多自由度复杂复合材料构件3D打印；
关键技术三：创新应用探索，如：复合材料飞行器3D打印、太空3D打印等。
3）多功能集成智能复合材料结构nD打印
关键技术一：面向电磁调控的多功能集成结构创新设计与3D打印；
关键技术二：传感、致动一体化智能结构4D打印。
招生招聘
硕士研究生招生专业及方向
- 机械工程（080200）（学术学位）
● 53高性能3D打印技术与工程应用
● 55复合材料成形与3D打印制造
● 56功能/智能复合材料设计与制造
- 机械工程（085201）（专业学位）
● 04增材制造（3D打印）技术
博士研究生招生专业及方向
- 机械工程（080200）
● 48复合材料成形与3D打印制造
● 49功能/智能复合材料设计与制造
● 88高性能3D打印技术与工程应用
● 89智能结构4D打印
近年团队发表文章
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[3] Huang Y, Tian X, Zheng Z, et al.. Multiscale concurrent design and 3D printing of continuous fiber reinforced thennoplastic composites with optimized fiber trajectory and topological structure. COMPOSITE STRUCTURES. 2022; 285: 115241.
[4] Zhong Q, Tian X, Huang X, et al. High-accuracy calibration for multi-laser powder bed fusion via in situ detection and parameter identification. ADVANCES IN MANUFACTURING. 2022; 10(4): 556-570.
[5] Huo C, Tian X, Nan Y, et al. 3D printing of hierarchically porous monolithic TS-1 catalyst for one-pot synthesis of ethylene glycol. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL. 2022; 450: 138259.
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[8] Qin Y, Ge G, Yun J, et al. Enhanced impregnation behavior and interfacial bonding in CF/PEEK prepreg filaments for 3D printing application. JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY-JMR&T. 2022; 20: 4608-4623.
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