飛機(jī)結(jié)構(gòu)安全是保證飛機(jī)安全可靠飛行的前提和基礎(chǔ)。疲勞裂紋產(chǎn)生后若沒(méi)有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)及修理，將最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，嚴(yán)重威脅飛行安全。為了應(yīng)對(duì)安全可靠性的新挑戰(zhàn)，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸發(fā)展并應(yīng)用到飛機(jī)等高可靠性設(shè)備的使用維護(hù)中，其在保證結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，降低了維護(hù)成本，提高了經(jīng)濟(jì)性。疲勞裂紋定量監(jiān)測(cè)傳感器是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，研發(fā)易于同結(jié)構(gòu)集成、靈敏度高，能夠在苛刻環(huán)境可靠服役工作的傳感器是基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)損傷容限設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM)技術(shù)是通過(guò)在結(jié)構(gòu)上布置各種類(lèi)型的傳感器來(lái)實(shí)時(shí)感知結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，例如溫度、應(yīng)力、缺陷等，然后通過(guò)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的處理、識(shí)別和判斷來(lái)診斷結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測(cè)的主要手段有：壓電薄膜傳感器、聲發(fā)射技術(shù)、相對(duì)真空傳感器、光纖傳感器、渦流傳感器等。當(dāng)前基于電位法的傳感器存在2個(gè)顯著問(wèn)題亟需解決：①繪制一條參考曲線將傳感器的裂紋電位變化與裂紋長(zhǎng)度準(zhǔn)確聯(lián)系起來(lái)；②多數(shù)傳感器與被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)結(jié)合性能較差，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)。

文章《基于格柵式薄膜傳感器的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測(cè)》提出了一種用于飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)孔邊裂紋定量監(jiān)測(cè)的格柵式薄膜傳感器。其采用鋁合金表面進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理后，進(jìn)行離子蒸鍍或?yàn)R射制備銅電極層，通過(guò)輸入額定電流，測(cè)試對(duì)應(yīng)的端部電壓來(lái)判斷裂紋的擴(kuò)展數(shù)據(jù)。

圖 柵格式裂紋傳感器

而電子3D打印技術(shù)為裂紋傳感器的制備提供了更為簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)方案，通過(guò)打印方式可以代替原有復(fù)雜的蒸鍍和濺射工藝，且打印適用的材料范圍更廣。為了讓裂紋傳感獲得更佳的靈敏度，可以在柵格上連通導(dǎo)線上串聯(lián)打印電阻，通過(guò)檢測(cè)端部電阻的變化，而獲取裂紋的擴(kuò)展位置。此外該制備電極的方式具有極大的靈活性，對(duì)于導(dǎo)電金屬構(gòu)件可以采用打印方式制備任意局部區(qū)域絕緣層，且制備的裂紋傳感器不需要預(yù)先標(biāo)定，可以通過(guò)隨形打印方式可實(shí)現(xiàn)傳感器任意位置的布置。下文為西安瑞特三維科技有限公司通過(guò)微筆直寫(xiě)工藝在PEEK基材孔周?chē)苽涞牧鸭y傳感器，其中金屬導(dǎo)線采用的為銀電極，電阻器件則為打印碳漿制備的碳膜電阻，通過(guò)破壞每一級(jí)線圈，其端部的并聯(lián)電阻會(huì)階梯式增大，從而可以達(dá)到對(duì)于裂紋擴(kuò)展距離的監(jiān)測(cè)。