Diese schnelle Methode verwendet einen Laserschneider und thermoplastisches Polyurethan, um dünne weiche Aktuatoren mit beliebiger Geometrie und Größen herzustellen. Der Hauptvorteil der Technik ist, dass sie eine schnelle Konstruktion und Herstellung mehrerer dünner Soft-Aktoren und Roboter-Prototypen parallel ermöglicht. Um einen Kraftsensor zu kalibrieren, der in der Wärmepresse verwendet werden soll, legen Sie zuerst einen Glasschlitten auf den Kraftsensor und legen Sie ein Gewicht darauf.
Notieren Sie die Kraft und den Widerstand des Sensors und verwenden Sie einen digitalen Bremssattel, um den Bereich des Sensors zu messen. Kalibrieren Sie dann den Sensor, indem Sie die Kraftwerte durch den gemessenen Bereich dividieren, um die Druckdaten zu erhalten, und verwenden Sie eine Kalkulationstabelle, um eine lineare Linie an die Druck-Widerstand-Daten anzupassen. Als nächstes den Kraftsensor zwischen zwei Schichten von 50 mal 50 mal 3 Millimeter Silikon einstecken, die Schichten in die Wärmepresse legen und den Druckknopf drehen, bis ein Druck von ca. 200 Kilopascal vom Sensor abgelesen wird.
Zum Erhitzen drücken Sie die TPU-Folien, ziehen Sie Handschuhe an und schneiden Sie vier 30 mal 30 Millimeter Lagen des Materials. Positionieren Sie die vier Blätter so, dass alle vier Kanten ausgerichtet sind, und platzieren Sie die Blätter in der Wärmepresse. Stellen Sie die Temperatur der Wärmepresse auf ca. 93 Grad Celsius ein und schließen Sie die Wärmepresse vollständig.
Halten Sie die Filme 10 Minuten in der Presse, bevor Sie die Presse öffnen und die laminierten TPU-Filme entfernen. Um die optimalen Laserparameter zu bestimmen, verwenden Sie ein computergestütztes Designprogramm, um ein Quadrat mit 20-Millimeter-Seiten und einem Vier-mal-Acht-Millimeter-Rechteck zu entwerfen, das als Einlass des quadratischen Ballons fungiert. Um das quadratische Muster aus den TPU-Schichten zu schneiden und zu schweißen, stellen Sie in der Laserschneider-Software die Geschwindigkeit und Leistung auf 10 % und die Impulse pro Zoll auf 500 für jeden Leistungswert ein.
Schneiden Sie das Ende des Einlasses des quadratischen Ballons mit einer Schere und legen Sie eine Nadel in den quadratischen Balloneinlass ein. Kleber um den Einlass auftragen und den Einlass und die Nadel mit PTFE-Band umwickeln. Nachdem Sie den Kleber fünf Minuten trocknen lassen, blasen Sie den Ballon mit einem präzisen Flüssigkeitsspender auf, bis er platzt, um den durchschnittlichen Berstdruck des quadratischen Ballons zu identifizieren.
Um den Aktuator herzustellen, entwerfen Sie das gewünschte Aktuatormuster mit computerunterstützter Software und markieren Sie alle Segmente des Designs. Ändern Sie in der Taskleiste unter dem Eigenschaftenabschnitt die Linienstärke des ausgewählten Entwurfs in der Software auf null Millimeter, und wählen Sie Druck aus, indem Sie den Druckernamen im Menü in VLS2.30 ändern. Wählen Sie in den Druckereinstellungen das Papierformat als benutzerdefinierte Landschaft aus.
Und deaktivieren Sie im Abschnitt Plotmaßstab die Option "Auf Papier anpassen", und skalieren Sie die Bildgröße für eine Längeneinheit auf einen Millimeter. Überprüfen Sie im Plotoffset-Ursprung, der auf druckbare Fläche festgelegt ist, die Mitte der Plotoption, und drücken Sie die Ein-/Aus-Taste, um den Luftfilter einzuschalten. Schalten Sie den Laserschneider und in der Laserschneider-Software ein, stellen Sie die Leistung auf 80% der Geschwindigkeit auf 60% und die Impulse pro Zoll auf 500.
Verwenden Sie dann das Fokusansichtswerkzeug, um den Laserpointer in die linke obere Ecke und die rechte untere Ecke des Musters zu verschieben, um sicherzustellen, dass das gesamte Muster in die vorbereiteten laminierten TPU-Folien passt. Um die Lasermaschine zu fokussieren, bewegen Sie den Linsenwagen in die Mitte des Tisches und legen Sie das Fokuswerkzeug auf den Tisch. Bewegen Sie den Tisch nach oben, bis die Oberseite des Fokuswerkzeugs die Vorderseite des Linsenschlittens berührt, und bewegen Sie den Tisch langsam nach oben, bis der Linsenschlitten die Kerbe des Fokuswerkzeugs trifft und das Werkzeug nach vorne stößt.
Ohne die Position des TPU-Blatts zu ändern, verringern Sie die Laserschneidergeschwindigkeit auf 55%, erhöhen Sie die Leistung auf 85%, und halten Sie die Pulse pro Zoll auf 500 und führen Sie den Laser erneut aus. Dann stellen Sie die Geschwindigkeit auf 50% erhöhen Sie die Leistung auf 90% und halten Sie Die Pulse pro Zoll bei 500 für einen dritten Lauf des Lasers, um sicherzustellen, dass es keine Leckagen im Aktuator gibt. Um eine Edelstahl-Dosiernadel mit einem Luer-Verriegelungsanschluss zu verkleben, schneiden Sie das Ende des Ballonaktors mit einer Einlassschere und legen Sie eine Nadel in den Ballonantrieb ein.
Kleber um die Nadel und den Aktuator auftragen und PTFE-Band um die Verbindung wickeln. Wenn der Kleber getrocknet ist, montieren Sie eine Kamera in ausreichendem Abstand über den Aktuator, so dass der Aktuator sowohl in seinem druckbedrückenden als auch in dem drucklos stehenden Zustand in voller Sicht auf die Kamera ist, und halten Sie den Aktuator so, dass seine Durchbiegung bei Druck orthogonal zur Kamera ist. Erhöhen Sie den Druck des Aktuators mit einem präzisen Flüssigkeitsspender, bis er ohne Platzen in seinen vollen Bereich abgelenkt wird.
Erhöhen Sie dann den Aktuatordruck, bis er etwa 20% seiner gesamten Reichweite erreicht und den Druck notieren. Nehmen Sie schließlich ein Bild des Aktuators und verwenden Sie ein Bildverarbeitungssoftwareprogramm, um die X- und Y-Koordinaten der Spitze des Aktors im Bild zu messen. Nachdem Sie die Druck- und Koordinatenmessung wiederholt haben, bis ein vollständiger Bereich der Aktuatorablenkung erreicht ist, zeichnen Sie einen XY-Graphen der Verformung des Aktuators im Vergleich zum Inflationsdruck.
Falten in den laminierten Blättern können während des Laserschnittschritts zu Problemen mit der Verklebung führen. Daher ist die Gewährleistung einer vollkommen glatten Oberfläche entscheidend für reproduzierbare Ergebnisse. Hier wird ein 2D-Design des pneumatischen Aktuators gezeigt, wie er mit einem computergestützten Konstruktionsprogramm gezeichnet wird.
Mit Laserschneiden kann der laminierte vierlagige TPU-Stapel geschnitten und verschweißt werden, um wie gezeigt, in das 2D-Pneumatikaktuatorsdesign zu passen. Um den Aktuator mit einer Luftzufuhreinheit zu koppeln, kann eine Edelstahlnadel in den Aktuator eingesetzt werden und die Schnittstelle des Aktors und der Edelstahlnadel kann fest mit PTFE-Band umwickelt werden, um Leckagen zu verhindern. Schließlich kann der pneumatische Aktuator mit Hilfe eines digitalen Flüssigkeitsspenders auf einen Druck von fünf Pfund pro Quadratzoll aufgeblasen werden, um eine Durchbiegung innerhalb des Bereichs zu ermöglichen, in dem das Linienarray entworfen wurde.
Angesichts dieser, durch die sein Design iteriert werden kann, hat diese Technik das Potenzial, den Einsatz von dünnen weichen Aktuatoren für viele Studienbereiche zu erweitern.
