3D打印介電柔性驅(qū)動(dòng)器件成型工藝

智能軟材料作為一種新型功能化材料，近年來得到了快速發(fā)展，利用智能軟材料制作的各種柔性器件也逐漸發(fā)揮著越來越重要的作用。其中的介電高彈體，有著輕質(zhì)量、大變形、低噪音等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于人工肌肉和軟體機(jī)器人領(lǐng)域，因此科研人員制造了各種基于介電高彈體的柔性器件，有驅(qū)動(dòng)器、人造抓手、能量收集器、仿生機(jī)器、傳感器等。

一般人們利用介電高彈體的電響應(yīng)性能，這種材料在兩個(gè)表面涂上柔性電極，當(dāng)施加沿薄膜厚度方向的電壓時(shí)，薄膜厚度會(huì)下降，表面積就相應(yīng)增大，待電場(chǎng)消失后恢復(fù)到初始狀態(tài)。這主要是由于施加的電壓使得薄膜上下兩端產(chǎn)生了電場(chǎng)力，驅(qū)動(dòng)薄膜厚度和面積變化。這樣，在加電-不加電的操作下就會(huì)實(shí)現(xiàn)薄膜的擴(kuò)張-收縮狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力，利用這些驅(qū)動(dòng)性能可以制作出各種不同結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器件，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)特定的功能。最關(guān)鍵的是介電高彈體沒有噪音，環(huán)境適應(yīng)性好，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大噪音，這也是介電高彈體作為人工肌肉最重要的因素。

一般而言，一個(gè)完整的柔性器件包括驅(qū)動(dòng)框架和結(jié)構(gòu)框架兩部分組成，整體的結(jié)構(gòu)形狀須要根據(jù)既定的運(yùn)動(dòng)形式而定。驅(qū)動(dòng)框架就是介電高彈體的放置區(qū)域，有橢圓形、矩形等形狀，主要用于驅(qū)動(dòng)整體器件；結(jié)構(gòu)框架是除驅(qū)動(dòng)框架外的所有結(jié)構(gòu)件，可以是柔性材料也可以是硬質(zhì)材料，具體的結(jié)構(gòu)形狀需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)動(dòng)效果來設(shè)計(jì)，目的是達(dá)到最佳的參數(shù)設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)最佳的功能效果。

本次結(jié)合3D打印設(shè)計(jì)了兩種模塊化柔性器件，目的是將柔性結(jié)構(gòu)框架和介電高彈體完整的結(jié)合在一起，縮短器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)和制作工藝流程，為實(shí)現(xiàn)柔性器件一體化的快速成型提供參考。3D打印的結(jié)構(gòu)框架方便修改，且整體性更強(qiáng)，利用之前優(yōu)化參數(shù)下擠出的TPU耗材，本段后面所講的介電薄膜是指行業(yè)內(nèi)用的比較廣泛的VHB材料。

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