Fabbricazione Processo di base di silicone elastomero dielettrici Attuatori

L'obiettivo generale di questa procedura è realizzare attuatori dielettrici in elastomero resistenti. In questo video viene mostrata la fabbricazione di un attuatore planare, costituito da una membrana di silicone tesa su una cornice.

con elettrodi conformi stampati su entrambi i lati. Grazie alla loro elevata forza di attuazione, gli attuatori a elastomero dielettrico hanno numerose potenziali applicazioni. Tuttavia, i processi di produzione manuale utilizzati per la loro fabbricazione ne hanno limitato l'uso nei prodotti commerciali.

Il principale vantaggio di questa tecnica è la capacità di produrre attuatori riproducibili e robusti con forme precisamente definite. L'uso di elastomeri siliconici a bassa perdita consente una risposta rapida dell'attuazione. Sebbene la procedura illustri la fabbricazione di un attuatore, la stessa tecnica può essere utilizzata per realizzare generatori a elastomero dielettrico e sensori di deformazione estensibili.

Per iniziare la realizzazione del film con strato sacrificabile, tagliare un foglio lungo 400 millimetri di polietilene tereftalato (PET) di alta qualità, spesso 125 micron, dal rotolo. Posizionare il substrato in PET sul tavolo a vuoto e accendere la pompa del vuoto. Collocare l'applicatore a barra profilata sul coater automatico per film e impostare la velocità di rivestimento a cinque millimetri al secondo.

Quindi versare due millilitri di soluzione per lo strato sacrificiale davanti alla barretta profilatrice e avviare la macchina applicatrice. Successivamente, ritrarre l'applicatore del film ma lasciare la pompa a vuoto in funzione e mantenere il substrato in PET sulla piastra a vuoto. Lasciare asciugare lo strato all'aria per due minuti.

Per la colatura della membrana in silicone, aggiungere 15 grammi di base in silicone e 1,50 grammi di crosslinker a un contenitore di miscelazione. Aggiungere quindi 10 grammi di solvente per silicone per ridurre la viscosità. Mescolare la miscela di silicone con il miscelatore planetario.

Utilizzare un ciclo di miscelazione di due minuti a 2.000 giri al minuto e un ciclo di degasaggio di due minuti a 2.200 giri al minuto. Successivamente, impostare l'altezza di un applicatore universale a 225 micron. Posizionare l'applicatore in alto sulla pellicola di PET e impostare la velocità dell'applicatore del film a tre millimetri al secondo.

È fondamentale ottenere membrane prive di difetti evitando l'inclusione di particelle di polvere durante il processo di colata. Per fare ciò, lavoriamo in un ambiente pulito e puliamo accuratamente il substrato prima di rivestirlo con la membrana. Trasferire 10 millilitri della miscela di silicone dal contenitore di miscelazione al substrato in PET mediante siringa.

Avviare l'applicatore automatico per applicare il silicone su tutto il substrato in PET. Spegnere la pompa e attendere cinque minuti per consentire l'evaporazione del solvente dallo strato colato. Trasferire la membrana su una piastra di vetro e posizionarla in forno per 30 minuti a 80 gradi Celsius.

Dopo 30 minuti, rimuovere la membrana dal forno e lasciarla raffreddare a temperatura ambiente per altri cinque minuti. Quindi coprirla con una sottile pellicola di PET per proteggere la superficie da contaminanti. Realizzare il supporto preallungato e il supporto della membrana e tagliare il sandwich costituito dalla membrana in silicone colata e dal substrato in PET come descritto nel protocollo testuale.

Fissare il supporto preallungato tagliato al laser sul cerchio di membrana di silicone con il lato adesivo rivolto verso il basso, in modo che l'adesivo sia a contatto con la superficie di silicone. Preparare un bagno di acqua bollente e immergervi l'insieme costituito dalla membrana di silicone e dal supporto adesivo. Mentre è immerso, staccare delicatamente e lentamente il substrato in PET dalla membrana di silicone fino a quando non sono completamente separati.

Rimuovere la membrana di silicone dal bagno d'acqua e lasciarla asciugare. Per accelerare il processo di asciugatura si può utilizzare una pistola a azoto. Misurare lo spessore della membrana con l'interferometro a trasmissione seguendo il protocollo del produttore.

Impostare il prestiratore su un diametro di 45 millimetri e posizionare la membrana di silicone di supporto preallungata sulle dita del prestiratore, con il lato adesivo rivolto verso il basso. Tagliare il supporto preallungato tra le dita del prestiratore. Quindi posizionare il righello radiale sul prestiratore e ruotare l'anello del prestiratore in senso antiorario per aumentare il diametro del prestiratore a 58,5 millimetri, allungando equibiaxialmente la membrana di un fattore 1,3.

Rimuovere quindi il film protettivo dal supporto della membrana in PMMA, esponendo l'adesivo. Applicare il supporto della membrana in PMMA sulla superficie della membrana preallungata. Tagliare attorno al supporto per rimuovere la membrana preallungata dallo stensore.

Quindi misurare lo spessore finale della membrana preallungata utilizzando l'interferometro a trasmissione. Per configurare la macchina da stampa pad, installare la cliché con il pattern desiderato dell'elettrodo sul blocco magnetico. Posizionare il blocco della cliché sopra la coppetta contenente l'inchiostro.

Assemblare il dispositivo nella macchina. Posizionare la piastra di allineamento sulla base della stampante. Avviare un ciclo di stampa sulla macchina da stampa tampografica.

che applicherà il disegno dell'elettrodo sulla piastra di allineamento. Ispezionare visivamente la sovrapposizione tra l'elettrodo stampato e la struttura di riferimento incisa sulla piastra di allineamento. Spostare lo stadio fader X-Y per correggere eventuali errori di allineamento.

Ispezionare visivamente l'allineamento con la struttura di riferimento e continuare a spostare la posizione della piattaforma e a stampare gli elettrodi finché non si ottiene una perfetta sovrapposizione del modello stampato sulla struttura di riferimento. Posizionare una membrana preallungata sulla base della stampante. Sull'apparecchio di stampa tampone avviare un ciclo di stampa per applicare l'elettrodo sulla superficie della membrana.

Imprima due volte la membrana per garantire uno spessore sufficiente dell'elettrodo di circa quattro micrometri. Dopo aver ripetuto il processo di stampa fino a quando tutte le membrane preallungate sono state stampate, posizionare le membrane con l'elettrodo stampato in un forno a 80 gradi Celsius per 30 minuti. Quindi posizionare una delle membrane stampate a testa in giù sulla base della stampante, esponendo il lato posteriore della membrana.

Avviare una serie di due cicli di stampa per definire l'elettrodo inferiore. Per completare l'attuatore, posizionare le membrane in forno a 80 gradi Celsius per 30 minuti al fine di reticolare l'elettrodo inferiore. Per creare i collegamenti elettrici, rimuovere innanzitutto il supporto protettivo della struttura dell'attuatore per esporre l'adesivo.

Applicare quindi un pezzo di nastro di 18 millimetri per 2,5 millimetri sulla parte della struttura dell'attuatore che entrerà in contatto con l'elettrodo inferiore, e piegarlo verso il lato della struttura per fornire un contatto elettrico accessibile. Inserire quindi la struttura dell'attuatore all'interno del supporto della membrana e premere delicatamente la membrana con le dita per farla aderire all'adesivo della struttura dell'attuatore. Con un bisturi, tagliare la membrana lungo il bordo tra il supporto della membrana e la struttura dell'attuatore e rimuovere il supporto della membrana.

Applicare un secondo pezzo di nastro conduttivo di 18 millimetri per 2,5 millimetri sulla zona di contatto dell'elettrodo superiore. Infine, posizionare un filo su ciascun pezzo di nastro conduttivo per stabilire un collegamento elettrico. Collegare i due fili a una sorgente ad alta tensione e applicare un segnale quadrato di due chilovolt di ampiezza a due hertz.

Lo spessore secco del film della membrana in silicone depositata dipende dall'impostazione del gap dell'applicatore, ma anche dalla velocità di codifica. L'influenza della velocità è più rilevante per membrane più spesse. L'applicazione di un campo elettrico superiore a 100 volt per micron a una frequenza di un hertz mostra che l'attuatore può raggiungere grandi deformazioni.

L'allungamento diametrale di attuazione dell'attuatore mostra una dipendenza quadratica rispetto alla tensione in corrente continua applicata. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come fabbricare attuatori dielettrici a base di elastomero planari con tempi di risposta brevi. Un vantaggio dell'utilizzo di elastomeri siliconici con basse perdite meccaniche.

Il punto chiave di questa procedura è la capacità di realizzare attuatori riproducibili con elettrodi ben definiti. Il nostro processo di fabbricazione mostra una possibile via verso la produzione su larga scala di attuatori a elastomero dielettrico.