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微型EAP执行器是怎么在3D打印前“败下阵来”

2020-08-12
来源:菏馬智造
浏览数:322
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来自瑞典林雪平大学的一个研究小组,通过使用特别定制的3D打印机打印出了一套能够作用于微型机器人的执行器。


这些执行器只有大概20微米大小,这是因为微型机器人大多数都是厘米甚至毫米级,只有微米级的执行器才能符合机器人要求。这种执行器包含一种电活性聚合物,通过电荷的刺激,这些材料会发生收缩从而改变形状,从而达到进行活动的目的。



电活性聚合物技术


电活性聚合物(EAP)技术近年来受到了许多软体机器人开发者的欢迎。它是一类型能够在受到电荷的作用时,产生一定形变的复合材料。通常在软性机器人中使用其来模拟一种人类肌肉收缩的驱动方式,通过电流进行控制。


虽然在正常尺寸的柔性机器人的应用中,电活性聚合物有很好的的表现。但EAP在微型尺寸下的表现往往不尽人意。根据研究人员的说法,试图缩小EAP执行器的规模往往会遇到挑战。虽然光刻技术等微细加工技术能够更好的实现EAP的微型化,使EAP在微型尺寸下仍然能够保持与正常尺寸相当的表现。但由于细微加工技术往往十分复杂、成本高昂,这使得细微加工技术无法在微型执行器的大规模生产上提供帮助,这也制约了微型执行器的市场应用。


3D打印为微型执行器的制作提供新的方向。


研究人员首先设计和制作了一台特殊的3D打印机。该机器的基础是一个三轴可编程数控平台,搭载了一个高精度的液体分配系统。与点胶系统相连接的是一个5mL锁定注射器,从而能够通过平台的横向运动对打印速度进行控制,该团队使用市售的玻璃玻片作为构建板。


研究人员在打印前将玻璃片上铺了一层金用来形成导电层,只有40纳米厚。然后,研究人员用注射器将一层单层的紫外线固化聚氨酯丙烯酸酯凝胶均匀的注射到导电层上。该凝胶被用作形成微执行器的 "身体和手臂"。等到凝胶在紫外光下完全固化,该团队就会在金片的另一面沉积一层电活性聚合物(EAP)。



研究人员不断重复这个过程,就可以打印出长度从5000微米一直到1000微米的微制动器。而能够打印出的最薄的微制动器只有20微米厚。


研究人员发现,他们可以用小到1V的电势来驱动设备,而其他3D打印方法的电势一般为1kV以上。这样可以极大的减少能源消耗,产生的打印废料也比原来少了10倍。这会降低使用EAP材料设备的制作成本。


科学家们认为,他们的工作为通过3D打印技术开发的低成本微型机器人的小型化展示了巨大的潜力。


(环球自动化网综合)


关键词: 微型EAP执行器 3D打印
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