Capricate平台可3D打印带植入传感器的对象

尽管如今网络上到处充斥着酷酷3D打印机器人和其它3D打印的电子物品，但是要制作这些东西，其工作量要远远超过进行简单的3D打印，往往让人望而却步。与此同时也有很多人正在想办法让这一过程变得更加简单，比如暂停3D打印插入电子器件等。如今，德国Darmstadt工业大学的一队研究人员找到了有一个更加聪明的解决方案，他们开发出了一个名为Capricate的平台，该平台能够在掺了碳的ABS线材的帮助下，把3D打印对象的表面变成传感器。

研究团队在一篇名为《Capricate：一个设计和3D打印电容式触摸传感器以用于交互对像的制造管道（Capricate: A Fabrication Pipeline to Design and 3D Print CapacitiveTouch Sensors for Interactive Objects）》的论文中详细介绍的了个有趣的平台。该论文的作者包括Martin Schmitz、Mohammadreza Khalilbeigi、Matthias Balwierz、Roman Lissermann、Max Muhlhauser、Jurgen Steimle等。

正如他们在他们的论文中解释说：“感应电极的设计仍然是一项相当乏味的工作，往往需要CAD方面的专业知识。还有部分原因是在3D表面自定义区域，往往需要在原有模型中手工进行选择、挤出和融合。”虽然大多数人倾向于将电子器件作为一个部件单独组装，但是这种办法会使对象的形状选择受到限制。研究人员们说，这对于Capricate来说都不是问题。“这是一个设计和打印电容式触摸传感器并将其置入3D打印对象的制造管道。它基于多材料的3D打印方法，使用的是市场上现成的材料和3D打印机。我们的设计工具允许用户轻松地在对象的3D表面上轻松创建自定义形状。”他们在论文中写道。

目前来看，这个系统似乎十分实用，其设计本身能够在很大程度上保持不变，而且可以在标准的3D建模环境中使用。通过Capricate可以将触摸传感器的区域添加进去，然后通过多材料桌面型3D打印机将其打印出来。而最终的结果可以与种类繁多的控制器比如Arduino，或者电容式多点触摸表面，如平板电脑，相连。听起来似乎太简单了，但它是真的。

那它是如何工作的呢？在Capricate上，用户可以使用一种简单的交互技术选择模型的各个部分：“在选择是否应创建一个触摸按钮或网格之后，她会指示传感器在3D表面的粗略位置和大致尺寸。当用户的鼠标光标悬停在对象的某一部分时，系统会将相关需要的3D表面可视化出来。”他们解释说。这可以用于创建那些通过标准的香蕉式连接器插槽与控制器连接，或者通过电容式平面连接智能手机或平板电脑的感应器。

有两种技术可以在自定义形状的区域，甚至包括复杂的曲面，上创建传感器：“第一种方法是制造完全与对象表面曲率一致的曲面触摸电极。而为了大大加快制造过程，第二种方法则使用了平面的底部触摸电极上覆非导电材料，并使用一个自动传感器校准装置来纠正误差。”研究人员写道。

或许您会认为，这能3D打印出来吗？该研究团队坚持称大多数的桌面3D打印机都能很容易地打印出来，不过要将自定义的G代码注入现有的切片过程。“我们使用了一台带双挤出机的Ultimaker Original 3D打印机，和加了5-8%的碳的商用导电性ABS材料（cABS，售价每公斤50加元）。我们在打印时设定了最优的挤出温度230摄氏度，喷嘴直径0.8毫米，并且关掉了冷却风扇。”他们说。

尽管不同材料（cABS用于传感器，PLA用于常规对象）之间切换可能会有点复杂，但他们成功解决了打印头堵塞和材料残余问题。“为了防止堵塞，要先将之前使用的挤出机冷却到非流动状态（导电材料到150◦C，非导电材料到100◦C），然后再开始下一个材料。”他们建议称。至于材料残余可以通过将材料回缩1毫米来解决。

当然，这一技术还有一些限制，目前尚无法实现那些由高曲率的极小结构组成的几何图形。研究人员称这项技术可以用于3D打印个性化的可穿戴产品，比如指环、手环，以及可以识别触摸的眼睛框等。