本发明涉及一种利用3d打印技术制作传感器的方法，属于利用3d打印技术制作传感器的方法技术领域。
背景技术：
在开发传感器的过程中，完成了传感器的结构设计后，如何将设计好的传感器加工出来是设计人员面临的一大问题。传统的产品成型工艺包括铸造、塑性加工、焊接、cnc车床加工等，通常而言，传统的成型技术在传感器开发方面具有以下不足：
1、加工周期长
传统的成型技术在设计完成后，需要将所涉及的三维设计图首先转化为二维平面图，再交给专业的工厂进行制作。整个过程需要双方技术人员频繁的沟通，以将设计意图全部传达给生产厂家，这不仅涉及到技术保密的问题，而且整个过程费时费力，大量的时间被用在了等待上面，且往往最终得到的产品还与设计初衷有所偏差，不利于传感器的初期开发。
2、小批量生产造价昂贵
对于传统成型技术而言，随着生产线的完善，制造成本会随着产量的增加而不断下降，因此在一个成熟的传感器达到量产阶段后，采用传统成型技术进行流水线式的生产是可以有效控制成本的。然而，在传感器研发初期，往往需要针对传感器进行小批量的试制，并通过室内室外实验来不断优化传感器的设计，若采用传统成型技术，高昂的制造成本将大大提高传感器的开发门槛。
3、难以加工复杂外形的传感器
针对传统的成型技术，以车床加工为例，需要针对设计方案设计一套加工流程，而且许多非标准形状的工件加工起来极其困难(如椭圆，不规则表面等)，而迫使设计人员不得不放弃一些原本很好的设计，且设计人员需具有一定的成型经验，从而在设计中规避一些实现起来比较困难的方案，这无疑大大提高了传感器开发的门槛，同时也限制了许多非常有实用价值的设计。
4、加工精度受限
传统成型技术的加工精度受限于不同加工方式。其中加工精度比较高的如cnc数控机床，国内领先技术可达到0.01mm，而世界领先技术可达到0.0001mm，这样的精度是可以用于制作传感器的，但其造价过于昂贵，特别是进行小批量的试制。而价格较为低廉的传统机床，精度依操作人员水平、设备情况而有很大差异，难以定量分析，这对于传感器初期的研究，特别是结合起和尺寸关联性极大的有限元模拟等室内实验，是十分不利的。因此，利用传统成型技术进行传感器的加工，无疑会给制造者带来较大的不便。
近年来，3d打印技术的发展为传感器的制造提供了新的思路。3d打印技术是一项革命性的技术，其思想起源于19世纪末，美国的一项分层构造地貌地形图的专利，随后在美国迅速发展。我国则在20世纪90年代初开始3d打印技术的研发，其中以华中科技大学的lom、sls装备，西安交通大学的sl装备和北京航空航天大学的激光快速成型装备最具代表性。
与传统的加工方式相比，3d打印通过使用特制的设备将材料一层层地喷涂或熔结到三维空间中，逐层完成对象的制作，极大地降低了制造的复杂程度。首先突破了传统制造技术在形状复杂性方面的技术瓶颈，能快速制造出传统工艺难以加工的复杂形状和结构特征。而传感器为了实现对特殊物理量的测量，通常具有较为复杂的结构，若采用传统加工制造代价高昂，甚至难以实现。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种利用3d打印技术制作传感器的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种利用3d打印技术制作传感器的方法，
步骤一、传感器设计：利用三位建模软件进行传感器的设计，以获得用于3d打印的数字化三维模型；
步骤二、3d打印：根据传感器的设计要求，选择3d打印材料进行3d打印；
步骤三、传感器三维模型的切片与曲面的近似：打印传感器，3d打印逐层添加材料，将三维模型转变为包含打印层信息的打印模型；切片层是一个有复杂底面的柱体，它将薄层外侧表面简单化为与底面相互垂直，这时切片的轮廓是连续的曲线，形成具有复杂曲面的实体是有很多个小台阶的片层堆积的结果，打印头行至轮廓处时将停止并另起一行，打印机的打印形成的薄层其轮廓就不再是连续的曲线，而是锯齿状的，将材料添加的行宽和打印头行走的步长控制的足够小，最终形成的轮廓其光滑程度满足工程要求；
步骤四、传感器模型的薄层打印与叠加：依照切片模型，打印机将按照工艺设计要求智能化的规划并生成打印路径，连续的材料堆积其长度为打印机前进步长的长度，宽为打印行宽，高为打印层高度的微小体积块的堆砌，被添加材料与已打印材料之间的连接是通过施加热源达到原子尺度的结合，或者通过胶水胶接或光化学反应实现的连接，逐层的堆叠最终便形成了传感器实体；
步骤五、传感器打印后处理：通过打磨或表面的切削加工达到工程实际对表面粗糙度要求、将金属打印件放入热处理炉进行热处理以消除其残余应力并防止开裂或变形。
所述三位建模软件为solidworks，ug或pro/engineer。
所述3d打印材料为工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料或陶瓷材料。
本发明的3d打印方法制作周期短，跳过了传统模具设计和机械加工制造等复杂环节，对于常规尺寸的传感器，从设计完成到打印出来通常仅需要几个小时的时间，同时打印过程安静，清洁，占地面积小，不需要复杂的生产线，降低了生产成本，特别是在传感器设计初期，由于方案的不确定性，利用3d打印技术进行传感器的初步实验，一方面可以真实的探究传感器设计的可行性，一方面制作周期短，大大提高了传感器的研发效率。
此外，3d打印技术可选的打印材料丰富，目前，3d打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3d打印领域得到了应用。其中的某些材料，有着优异的物理特性，但因为加工困难导致制作成本过高，从而无法在传感器领域得到应用，例如陶瓷材料，橡胶材料等。利用3d打印技术，可以大大丰富传感器制作材料的选择，例如针对高应力水平的结构可选用高模量材料进行传感器的打印以确保其成活率，对于低应力水平的结构可以选用低模量材料以确保测试精度的要求。
3d打印技术成本低廉，由于3d打印技术无需对材料进行处理，而是直接将材料一层层的堆积形成实物，大大减少了材料的浪费，简化了制作流程，降低了制作成本。而传统的加工技术，特别是传感器研发初期进行小批量试制时，由于没有形成生产规模，其制作成本十分高昂，大大提高了传感器开发的资金门槛，不利于本领域普通工程技术人员的研究。
本发明3d打印技术精度可满足制作一般传感器的要求。通常而言，针对不同的3d打印材料，由于本身的材质特性及不同的打印原理，其打印精度会有所不同。如常见的pla塑料，打印精度一般可达0.2mm，而光敏树脂，尼龙，不锈钢等材质可达到0.1mm，超高精度树脂甚至可以达到0.015mm的打印精度，对比传统的车床加工，优势明显。同时可以根据传感器尺寸，元器件的精度要求选择不同精度的打印方式，从而在满足设计需求的前提下，尽可能的降低成本。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本实施例所涉及的一种利用3d打印技术制作传感器的方法，包括以下步骤：
一、传感器设计：
利用三位建模软件进行传感器的设计，以获得用于3d打印的数字化三维模型，之后根据设计要求，选择打印材料进行3d打印；
二、传感器三维模型的切片与曲面的近似：
由于在打印传感器时，3d打印逐层添加材料，所以需要将三维模型转变为能够包含打印层信息的打印模型，实际上打印层也是一个三维实体，但是由于打印机所实现的单层材料添加是有限的，真实的生产中也很薄，更多时候认为切片层是一个有复杂底面的柱体，它将薄层外侧表面简单化为与底面相互垂直，这时切片的轮廓是连续的曲线，这样形成的具有复杂曲面的实体将是有很多个小台阶的片层堆积的结果，但这并不是最终的结果，因为材料在某一单层的添加是按照打印轨迹添加的，打印头行至轮廓处时将停止并另起一行，这样打印机的打印形成的薄层其轮廓就不再是连续的曲线，而是银齿状的，只要将材料添加的行宽和打印头行走的步长控制的足够小，最终形成的轮廓其光滑程度将能满足工程要求，同样，切片层厚度的足够小，也将使得最终的打印产品的复杂曲面有足够的表面光滑。
三、传感器模型的薄层打印与叠加：
依照切片模型，打印机将按照工艺要求智能化的规划并生成打印路径，当然目前一些高端的打印机是支持人为打印轨迹优化的，打印轨迹的合理与否将直接影响打印件的力学性能和几何精度。对于特定的打印机其打印的行宽和前进的步长是在一定范围能可调的，也可以认为连续的材料堆积是有长为打印机前进步长的长度，宽为打印行宽，高为打印层高度的微小体积块的堆砌，被添加材料与已打印材料之间的连接一般是通过施加热源达到原子尺度的结合，也有通过胶水胶接或光化学反应等技术实现的连接，层内的颗粒之间以及层与层之间的连接都是基于这样的原理，逐层的堆叠最终便形成了传感器实体，它将虚拟的数字化模型直接转变为了客观实在的传感器，当然也许以后为了提高打印的速度或是优化打印产品的性能，会出现多头多区域多材料的打印，即便是那样也只是上述过程的并行化实施；
四、传感器打印后处理：
目前所实现的许多3d打印还没有达到极高的传感器性能表面的要求，往往需要进行后续的一些处理，例如通过打磨或表面的切削加工达到工程实际对表面粗糙度要求、将金属打印件放入热处理炉进行热处理以消除其残余应力并防止裂和变形。
所述三位建模软件为solidworks、ug或pro/engineer。
所述3d打印材料为工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料或陶瓷材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。