FiberWire: Embedding Electronic Function into 3D Printed Mechanically Strong, Lightweight Carbon Fiber Composite Objects
FiberWire: Embedding Electronic Function into 3D Printed Mechanically Strong, Lightweight Carbon Fiber Composite Objects
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FiberWire：将电子功能嵌入 3D 打印的机械强度高、重量轻的碳纤维复合材料物体中
DOI：
10.1145/3290605.3300797
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Hudson, Scott E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Swaminathan, Saiganesh;Ozutemiz, Kadri Bugra;Majidi, Carmel;Hudson, Scott E.
3D打印在创建高度定制的交互式和功能性对象方面具有巨大的潜力。然而，目前制造功能物体的能力受到可用材料（例如，各种聚合物）及其加工性能。例如，许多功能性物体需要更强的材料，这可以满足金属打印机。然而，为了创造完全交互的设备，我们需要导体和绝缘体来创建布线，以及电子元件来完成电路。不幸的是，金属印刷的单一材料性质及其固有的高温排除了这一点。因此，在3D打印设备中，我们可以选择强大的材料或嵌入式交互性，但不能两者兼而有之。在本文中，我们介绍了一套我们称为FiberWire的技术，它利用了一种新的商用功能来3D打印碳纤维复合材料物体。这些物体重量轻，机械强度高，我们的技术展示了一种在其中嵌入交互式设备电路的方法。通过FiberWire，我们描述了一种制造流水线，该流水线利用碳纤维复合材料层之间的激光蚀刻和纤维印刷来形成低电阻导体，从而能够制造直接嵌入机械强度高的物体中的电子产品。利用制造流水线，我们展示了一系列传感器设计，它们在这些新材料上的性能表征，最后是三个完全打印的示例对象，它们既具有交互性又具有机械强度-具有交互式控件的自行车车把，挥杆和冲击传感高尔夫球杆以及交互式游戏控制器（图1）。
3D printing offers significant potential in creating highly customized interactive and functional objects. However, at present ability to manufacture functional objects is limited by available materials (e.g., various polymers) and their process properties. For instance, many functional objects need stronger materials which may be satisfied with metal printers. However, to create wholly interactive devices, we need both conductors and insulators to create wiring, and electronic components to complete circuits. Unfortunately, the single material nature of metal printing, and its inherent high temperatures, preclude this. Thus, in 3D printed devices, we have had a choice of strong materials, or embedded interactivity, but not both. In this paper, we introduce a set of techniques we call FiberWire, which leverages a new commercially available capability to 3D print carbon fiber composite objects. These objects are light weight and mechanically strong, and our techniques demonstrate a means to embed circuitry for interactive devices within them. With FiberWire, we describe a fabrication pipeline takes advantage of laser etching and fiber printing between layers of carbon-fiber composite to form low resistance conductors, thereby enabling the fabrication of electronics directly embedded into mechanically strong objects. Utilizing the fabrication pipeline, we show a range of sensor designs, their performance characterization on these new materials and finally three fully printed example object that are both interactive and mechanically strong -- a bicycle handle bar with interactive controls, a swing and impact sensing golf club and an interactive game controller (Figure 1).
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DOI：
10.1145/2702123.2702611
发表时间：
2015-04
期刊：
Proceedings of the 33rd Annual ACM Conference on Human Factors in Computing Systems
影响因子：
--
作者：
Lining Yao;Jifei Ou;Chin-Yi Cheng;H. Steiner;Wen Wang;Guanyun Wang;H. Ishii
通讯作者：
Lining Yao;Jifei Ou;Chin-Yi Cheng;H. Steiner;Wen Wang;Guanyun Wang;H. Ishii
电路贴纸：交互式电子原型的即剥即贴结构
DOI：
10.1145/2556288.2557150
发表时间：
2014
期刊：
Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems
影响因子：
--
作者：
S. Hodges;N. Villar;Nicholas Chen;T. Chugh;Jie Qi;Diana Nowacka;Y. Kawahara
通讯作者：
Y. Kawahara
聚合物电阻位置传感器中的碳纤维接触器
DOI：
--
发表时间：
2001
期刊：
Proceedings of the Forth-Seventh IEEE Holm Conference on Electrical Contacts (IEEE Cat. No.01CH37192)
影响因子：
--
作者：
Shengli Liu
通讯作者：
Shengli Liu
Midas：制造定制电容式触摸传感器来制作交互式对象原型
DOI：
10.1145/2380116.2380189
发表时间：
2012
期刊：
Proceedings of the 25th annual ACM symposium on User interface software and technology
影响因子：
--
作者：
Valkyrie Savage;Xiaohan Zhang;Bjoern Hartmann
通讯作者：
Bjoern Hartmann
DOI：
--
发表时间：
1999
期刊：
Journal of Biomechanical Engineering
影响因子：
--
作者：
D. S. D. Lorenzo;Maury L. Hull
通讯作者：
Maury L. Hull