3D打印的一體化成型軟體機(jī)器魚

由于3D打印的軟體機(jī)器魚是一體化成型的，省去了硅膠或者PDＭS灌注的過程，也縮短了結(jié)構(gòu)改進(jìn)的時(shí)間，因此對(duì)于成型質(zhì)量有著很高的要求。這里判斷成型質(zhì)量的好壞除了從外觀上的直觀感受，還有一個(gè)重要的參數(shù)就是TPU基體VHB介電薄膜的粘附程度。雖然VHB本身對(duì)物體有著很強(qiáng)的粘附力，但是由于薄膜受到預(yù)拉伸產(chǎn)生巨大的收縮應(yīng)力，一旦VHB從基體上脫落，那么軟體魚就處于失效狀態(tài)。

將VHB跟TPU基體粘結(jié)的方式主要由三種：直接粘合、高溫打印粘合、小口徑打印粘合。由于VHB自身粘附力不夠，直接粘合的方式不可取，雖然加入粘合膠水可能會(huì)黏上，但是會(huì)大大影響薄膜的驅(qū)動(dòng)效果。高溫打印粘合顧名思義是需要高溫快速打印，高溫下的TPU流動(dòng)性更好，從噴嘴出來后的TPU在溫度差不大的情況下可以嵌入VHB表面以下。小口徑打印可以讓出絲更細(xì)，每層相同大小的面積下，絲料堆積的更多，接觸的摩擦面積也越大，這樣同樣利于粘合效果。因此，經(jīng)過多次的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，最終采用的參數(shù)設(shè)置是：打印溫度為240℃，噴嘴口徑為0.3ｍｍ，打印速度為80ｍｍ/ｍin，層厚設(shè)置為0.2ｍｍ，不需要底墊支撐。

待打印完成后我們需要對(duì)軟體魚的游動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，這里主要采用外置的高壓電源（Trek 610E）提供電壓動(dòng)力，函數(shù)發(fā)生器（AT810 LCR）提供電壓波形，測(cè)試的設(shè)定參數(shù)為電壓、波形和頻率。值得注意的一點(diǎn)是連接線高壓端需要保護(hù)起來，避免游動(dòng)時(shí)與水接觸，因此在軟體魚的高壓線末端套上了硅膠薄膜和絕緣線，選擇的高壓線為細(xì)銅絲，盡量減少軟體魚在游動(dòng)過程中的牽引線阻力。當(dāng)軟體魚按照既定的游動(dòng)軌跡游泳時(shí)，逐漸從0開始增加頻率和電壓，調(diào)整至較佳的運(yùn)動(dòng)水平。從實(shí)驗(yàn)效果來看，電壓6KV，正弦波，頻率5Hz，軟體魚的游動(dòng)保持著穩(wěn)定水平。

如圖，軟體魚游動(dòng)效果良好，可以很好的進(jìn)行前行，此次參數(shù)下的游動(dòng)速度為3cｍ/S，也就是每秒1/4伸長(zhǎng)的游動(dòng)水平，達(dá)到了較佳的游動(dòng)水平。當(dāng)然這不是最快的速度，可加上的最高電壓為10KV，但是出現(xiàn)薄膜擊穿導(dǎo)致失效的可能性也大大增加，在低水平電壓下驅(qū)動(dòng)，軟體魚可以連續(xù)游動(dòng)2h以上，且形態(tài)不發(fā)生明顯變化。

本次測(cè)試的軟體魚與電源之間是通過細(xì)銅絲連接的，由于銅絲長(zhǎng)度有限，因此游動(dòng)的范圍較小，如果能借住小型電源綁定在魚的軀體上，那么可以實(shí)現(xiàn)高自由度的游動(dòng)效果。如圖的小型電源一體化軟體魚，將實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)的小型高壓電源（鋰電池＋升壓模塊）裝在離心管里，并保證密封良好，將伸出的高壓線與軟體魚結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)自給功能。3D打印軟體魚電源一體化的方法初步實(shí)現(xiàn)了自帶電源的游動(dòng)，解決了受限于導(dǎo)線的問題。

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