[发明专利]基于3D打印的一体化柔性可视化可穿戴设备及其制备方法

说明书

本发明属于柔性可穿戴设备领域，具体涉及基于3D打印的一体化柔性可视化可穿戴设备及其制备方法。本发明提供的基于3D打印的一体化柔性可视化可穿戴设备的制备方法，包括步骤：制备混合刺激响应物且具有剪切变稀性能的传感墨水；制备弹性、可透视且具有剪切变稀性能的支撑浴；利用3D打印机将传感墨水打印到支撑浴的内部；固化处理。本发明还包括利用上述方法制得的可穿戴设备。本发明可采用颜色变化作为检测信号，无需复杂电子线路的制备与电子信号的后处理。本发明可一步实现可视化刺激响应物与柔性本体的嵌合与封装，操作便捷。本发明利用支撑浴打印可同时进行多个刺激响应物的集成，实现多功能可视化传感。

技术领域

本发明属于柔性可穿戴设备领域，具体涉及基于3D打印的一体化柔性可视化可穿戴设备及其制备方法。

背景技术

作为新兴的医疗健康监测工具，柔性可穿戴设备可帮助人们实时监测人体体征和环境变化，正越来越受到消费者的青睐。目前流行的可穿戴设备以柔性电子可穿戴设备为主，主要由以石墨烯为代表的碳基材料、各种形式的金属与导电聚合物制备传感导电元件，用以收集生理电信号、物理电信号和化学电信号等。在制备柔性电子可穿戴设备过程中，为了将活性材料、电极和衬底进行集成制造，常采用的制作方法包括镀膜、物理或化学气相沉积、光刻、丝网印刷、逐层自组装等，通过氧化石墨烯薄膜与棉纱的层层自组装来制造单纱氨气气体传感器。由于柔性可穿戴电子设备的制造往往包括大量有源器件、采集板、电子线路的集成和复杂的分步组装，步骤繁琐，成本高昂。另外，数据采集大多涉及大量电信号的处理，耗时较长。

3D打印是一种新兴的增材制造技术，相比于传统的涂覆、沉积、注入印刷等制造方法，它具有自身独特的技术优势，可实现传统加工方法达不到的特殊结构设计和精准制造。然而，由于柔性电子电路的制造复杂，3D打印在可穿戴电子设备中的应用仍然有限。

发明内容

本发明提供的基于3D打印的一体化柔性可视化可穿戴设备及其制备方法，通过3D支撑浴打印可视化传感墨水制备颜色可视化的柔性可穿戴设备，该方法可一体化制备柔性可穿戴设备，无需复杂的线路连接、外接电源、数据传输单元，可直接可视化感知人体和环境变化。

本发明提供的基于3D打印的一体化柔性可视化可穿戴设备的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备混合刺激响应物且具有剪切变稀性能的传感墨水；

S2：制备弹性、可透视且具有剪切变稀性能的支撑浴；

S3：利用3D打印机将传感墨水打印到支撑浴的内部；

S4：固化处理。

作为本发明的进一步优化，刺激响应物为声、光、电、热、磁刺激响应物，或者酸、碱刺激响应物，或者化学分子、离子刺激响应物。

作为本发明的进一步优化，刺激响应物为在刺激下颜色变化的物质。

作为本发明的进一步优化，刺激响应物包括若干种。

作为本发明的进一步优化，传感墨水和支撑浴的成分包括弹性体聚合物。

作为本发明的进一步优化，步骤S1中混合刺激响应物后还包括抽真空消除气泡的步骤。

作为本发明的进一步优化，步骤S1种的刺激响应物的添加浓度为0.5wt％～50wt％。

作为本发明的进一步优化，，步骤S4中的固化处理为加热固化、光固化或者干燥。

作为本发明的进一步优化，步骤S2种的打印机打印压力为0.01Mpa-0.6Mpa。

本发明还包括利用上述方法制得的可穿戴设备。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明可采用颜色变化作为检测信号，无需复杂电子线路的制备与电子信号的后处理。