Um die vorgeschlagene Methode zu demonstrieren, zeigen wir die Herstellung eines einzigen Biegeaktors. Um diesen Aktuator herzustellen, wurden vier Platten TPU der Größe 25 cm x 25 cm geschnitten, zusammengestapelt und dann mit einer Wärmepresse geglättet (Abbildung 1A). Nach dem Protokoll wurde die Wärmepresse 10 min bei einer eingestellten Temperatur von 200 °F aufgebracht. Falten in den laminierten Platten können während des Laserschneidschritts zu Problemen mit der Verklebung führen, so dass eine perfekt glatte Oberfläche für reproduzierbare Ergebnisse entscheidend ist. Abbildung 1B zeigt beispielsweise eine resultierende Laminierung, die Falten enthält, die keine gewünschten Ergebnisse erzielen, während Abbildung 1C eine resultierende Laminierung zeigt, die ausreichend flach ist, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
Das 2D-Design des pneumatischen Aktuators wurde in AutoCAD gezeichnet. Dieser Aktuator wurde einfach durch Zeichnen eines Rechtecks von 8 mm x 150 mm hergestellt. Ein lineares Muster von acht Linien, jeweils 1,34 mm lang, wurde in der Mitte des Designs mit einem Abstand von 10 mm hinzugefügt (rot hervorgehoben in Abbildung 2). Schließlich wurde die Öffnung des Aktuators (blau hervorgehoben in Abbildung 2) durch Hinzufügen eines offenen Rechtecks von 4 mm x 8 mm entworfen. Eine AutoCAD-Datei (.dwg) für diesen Linearantrieb ist im Ergänzungsmaterialverfügbar.
Der laminierte Vierschichtstapel tPU wurde dann in die Laserschneidmaschine(Abbildung 3A) gelegt und das 2D-Design mit der Software der Laserschneidmaschine importiert. Das Fokuswerkzeug am Laserschneider überprüfte die Anpassung der Position der 2D-Zeichnung auf den laminierten TPU-Blättern. Für einen ersten Durchlauf wurde der Laserschnitt mit Geschwindigkeit = 60 %, Leistung = 80 % und PPI = 500 eingestellt. Nach Abschluss der Ausführung wurde ohne Änderung der Position der Polyurethanplatten ein zweiter Lauf mit neuen Einstellungen mit Geschwindigkeit = 55 %, Leistung = 85 % und PPI = 500 gestartet. Derselbe Vorgang wurde mit neuen Einstellungen ein drittes Mal bei Geschwindigkeit = 50 %, Leistung = 90 % und PPI = 500 wiederholt. Wenn die Geschwindigkeit verringert und die Leistung erhöht wird, wird der pneumatische Aktuator für eine längere Zeit der Wärmequelle ausgesetzt und ermöglicht es, zu schmelzen und zu verkleben, um einen leckagefreien Ballon zu gewährleisten, der sich leicht vom Rest des TPU-Blattes trennen kann (Abbildung 3B). Es ist zu beachten, dass der Laserschneider immer gleichzeitig schneidet und schweißt die TPU; das Schneiden und Schweißen erfolgt nicht in getrennten Schritten oder wird durch unterschiedliche Einstellungen erreicht.
Um den Aktuator mit einer Luftzufuhreinheit zu koppeln, wurde die Öffnung des Aktuators mit einer Schere geschnitten und zwischen der zweiten und dritten Schicht des lasergeschnittenen Aktuators eine Edelstahlnadel(Abbildung 4B)eingesetzt. Um ein leckfreies System zu erhalten, wurde die Außenseite der Nadel vorher mit Kleber bedeckt (Abbildung 4C). Dann wurde die Schnittstelle des Aktuators und der Edelstahlnadel fest mit PTFE-Band umwickelt (Abbildung 4D).
Schließlich wurde der pneumatische Aktuator (Abbildung 5A) mit einem digitalen Flüssigkeitsspender auf einen Druck von 5 psi aufgeblasen, um eine Durchbiegung in dem Bereich zu beobachten, in dem das Leitungsarray entworfen wurde (Abbildung 5B).

Abbildung 1: Wärmepressbleche. (A) Bild der Wärmepresse mit den zu laminierenden TPU-Platten. (B) Beispielbild von schlecht laminierten Blättern mit übermäßigen Falten. (C) Beispielbild von erfolgreich laminierten Platten mit glatter Oberfläche. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Aktuatordesign. Bild einer CAD-Zeichnung, die zur Bildung eines einzigen Biegeaktors verwendet wird. Das untere Design zeigt die Umrisse des Aktuators, das mittlere Design zeigt eine einzelne Linie, die als Biegefunktion hinzugefügt wurde, und das obere Design zeigt einen kompletten Aktuator. Das rote Feld zeigt die Features, die den Biegebereich des Aktuators bilden. Die blaue Box hebt den Bereich zum Anschließen einer Nadel für den Druck auf. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Laserschneider. (A) Bild der laminierten Bleche in einem Laserschneider. (B,C) Bild des Aktuators, der nach dem Laserschneiden entfernt werden soll. (C) Bild des Aktuators. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Nadelanschluss. Bilder, die die Schritte zum Verbinden einer stumpfen Nadel (A) mit einem Ballonantrieb mit Kleber (B) als Klebstoff darstellen. Die Nadel wird in das schmale Ende des Aktuators eingeführt, der mit einer Schere geöffnet wird (C) und mit PTFE-Band (D) versiegelt wird. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: Biegeantrieb. (A) Bild des Aktuators in einem nicht unter Druck stehenden Zustand. (B) Bild des Aktuators in einem Druckzustand. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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