Processus de fabrication des élastomères diélectriques Actionneurs à base de silicone

L'objectif général de cette procédure est de fabriquer des actionneurs électroactifs diélectriques robustes. Dans cette vidéo, la fabrication d'un actionneur planaire est présentée. Elle consiste en une membrane de silicone tendue sur un cadre.

avec des électrodes conformes estampées sur les deux faces. Grâce à leur grande force d'actionnement, les actionneurs en élastomère diélectrique présentent de nombreuses applications potentielles. Toutefois, les procédés de fabrication manuels utilisés pour les réaliser ont limité leur utilisation dans les produits commerciaux.

Le principal avantage de cette technique réside dans la capacité de fabriquer des actionneurs reproductibles et robustes aux formes précisément définies. L'utilisation d'élastomères en silicone à faibles pertes permet une réponse d'actionnement rapide. Bien que la procédure présente la fabrication d'un actionneur, la même technique peut être utilisée pour fabriquer des générateurs à élastomères diélectriques et des capteurs de déformation extensibles.

Pour commencer le coulage de la couche sacrificielle, découpez une feuille de 400 millimètres de longueur en polyéthylène térephtalate (PET) de haute qualité, d'une épaisseur de 125 microns, à partir du rouleau. Placez le substrat en PET sur la table à vide et mettez en marche la pompe à vide. Placez l'applicationneur à barrette profilée sur le filmographe automatique et réglez la vitesse d'enduction à cinq millimètres par seconde.

Ensuite, placez deux millilitres de solution de la couche sacrificielle devant la barre de profil et démarrez la machine d'enduction. Puis, retirez l'application du film tout en laissant la pompe à vide en marche et en conservant le substrat PET sur la plaque sous vide. Laissez sécher la couche à l'air pendant deux minutes.

Pour la coulée de membrane en silicone, ajouter 15 grammes de base de silicone et 1,50 gramme d'agent de réticulation dans un récipient de mélange. Ajouter ensuite 10 grammes de solvant de silicone afin de réduire la viscosité. Mélanger le mélange de silicone avec le malaxeur planétaire.

Utiliser un cycle de mélange de deux minutes à 2 000 tr/min, suivi d'un cycle de dégazage de deux minutes à 2 200 tr/min. Ensuite, régler la hauteur d'un applicateur universel à 225 microns. Placer l'applicateur en haut de la feuille de PET et régler la vitesse de l'applicateur de film à trois millimètres par seconde.

Il est essentiel d'obtenir des membranes sans défaut en évitant l'inclusion de particules de poussière pendant le processus de coulée. Nous procédons en travaillant dans un environnement propre et en nettoyant soigneusement le substrat avant de déposer la membrane. Transférez 10 millilitres du mélange de silicone du récipient de mélange vers le substrat PET à l’aide d’une seringue.

Démarrer l'appliquateur automatique pour appliquer du silicone sur tout le substrat PET. Éteindre la pompe et attendre cinq minutes afin de laisser le solvant s'évaporer de la couche déposée. Transférer la membrane sur une plaque de verre et la placer au four pendant 30 minutes à 80 degrés Celsius.

Après 30 minutes, retirez la membrane du four et laissez-la refroidir à température ambiante pendant cinq minutes supplémentaires. Ensuite, recouvrez-la d'une fine feuille de PET afin de protéger la surface contre les contaminants. Fabriquez le support préétiré et le support de membrane, puis découpez le sandwich membrane en silicone moulée/substrat PET comme décrit dans le protocole écrit.

Fixez le support préétiré découpé au laser sur le cercle de membrane en silicone par son côté adhésif vers le bas, de sorte que l'adhésif soit en contact avec la surface en silicone. Préparez un bain d'eau bouillante et immergez l'ensemble comprenant la membrane en silicone et le support adhésif. Pendant l'immersion, décollez délicatement et lentement le substrat en PET de la membrane en silicone jusqu'à ce qu'ils soient complètement séparés.

Retirer la membrane en silicone du bain-marie et la laisser sécher. Un pistolet à azote peut être utilisé pour accélérer le processus de séchage. Mesurer l'épaisseur de la membrane à l'aide de l'interféromètre de transmission selon le protocole du fabricant.

Régler le préétireur sur un diamètre de 45 millimètres et placer la membrane en silicone de support préétirée sur les doigts du dispositif d’étirement, côté adhésif vers le bas. Couper le support préétiré entre les doigts du dispositif d’étirement. Ensuite, placer la règle radiale sur le dispositif d’étirement et faire tourner l’anneau du préétireur dans le sens antihoraire afin d’augmenter le diamètre du préétireur à 58,5 millimètres, préétirant ainsi la membrane de façon équibiaxiale d’un facteur de 1,3.

Ensuite, retirez le film de protection du support de membrane PMMA afin d'exposer l'adhésif. Fixez le support de membrane PMMA sur la surface de la membrane préétirée. Découpez autour du support de membrane pour détacher la membrane préétirée du dispositif d'étirement.

Ensuite, mesurer l'épaisseur finale de la membrane préétirée à l'aide de l'interféromètre de transmission. Pour configurer la machine de tampographie, installer la plaque avec le motif d'électrode souhaité sur le bloc magnétique. Placer le bloc de plaque au-dessus du réservoir d'encre rempli d'encre.

Et installer l'ensemble dans la machine. Placer la plaque d'alignement sur la base de l'imprimante. Démarrer un cycle d'impression sur la machine de tampographie.

qui appliquera le design de l'électrode sur la plaque d'alignement. Vérifiez visuellement le recouvrement entre l'électrode imprimée et la structure de référence gravée sur la plaque d'alignement. Déplacez le plateau de réglage X-Y pour corriger tout désalignement.

Inspectez visuellement l'alignement avec la structure de référence et continuez à ajuster la position de la plateforme et à imprimer les électrodes jusqu'à ce qu'une superposition parfaite du motif imprimé sur la structure de référence soit obtenue. Placez une membrane préétirée sur la base de l'imprimante. Sur la machine de tampographie, lancez un cycle d'impression pour transférer l'électrode sur la membrane.

Apposez le membrane deux fois pour garantir une épaisseur suffisante de l'électrode d'environ quatre micromètres. Après avoir répété le processus d'impression jusqu'à ce que toutes les membranes préétirées soient estampées, placez les membranes avec l'électrode estampée dans un four à 80 degrés Celsius pendant 30 minutes. Ensuite, placez l'une des membranes imprimées à l'envers sur la base de l'imprimante, en exposant la face arrière de la membrane.

Initier une série de deux cycles d'impression pour dessiner l'électrode inférieure. Pour terminer l'actionneur, placer les membranes au four à 80 degrés Celsius pendant 30 minutes afin de réticuler l'électrode inférieure. Pour créer les connexions électriques, retirer d'abord la protection arrière du cadre de l'actionneur afin d'exposer l'adhésif.

Appliquez ensuite un morceau de ruban adhésif de 18 millimètres sur 2,5 millimètres sur la partie du cadre de l'actionneur qui entrera en contact avec l'électrode inférieure, puis repliez-le sur le côté du cadre afin de créer un point de contact électrique accessible. Faites ensuite glisser le cadre de l'actionneur à l'intérieur du support de membrane et appuyez délicatement sur la membrane avec les doigts pour l'adhérer au ruban adhésif du cadre de l'actionneur. À l'aide d'un scalpel, découpez la membrane au niveau de la frontière entre le support de membrane et le cadre de l'actionneur, puis retirez le support de membrane.

Appliquez un deuxième morceau de ruban conducteur de 18 millimètres sur 2,5 millimètres sur la zone de contact de l'électrode supérieure. Placez enfin un fil sur chaque morceau de ruban conducteur afin d'établir une connexion électrique. Connectez les deux fils à une source haute tension et appliquez un signal carré de deux kilovolts d'amplitude à une fréquence de deux hertz.

L'épaisseur sèche de la membrane en silicone coulée dépend du réglage d'écart de l'application, mais aussi de la vitesse de codage. L'influence de la vitesse est plus importante pour les membranes plus épaisses. L'application d'un champ électrique supérieur à 100 volts par micron à une fréquence de un hertz montre que l'actionneur peut atteindre de grandes déformations.

L'étirement d'activation diamétral de l'actionneur présente une dépendance quadratique par rapport à la tension continue appliquée. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment fabriquer des actionneurs diélectriques en élastomère planaires ayant des temps de réponse courts. Un avantage de l'utilisation d'élastomères en silicone à faibles pertes mécaniques.

Le point clé de cette procédure réside dans la capacité à fabriquer des actionneurs reproductibles dotés d'électrodes bien définies. Notre procédé de fabrication montre une voie possible vers la production à grande échelle d'actionneurs en élastomère diélectrique.