February 1st, 2016
이 원고는 실리콘 멤브레인을 기반으로 하는 유전체 엘라스토머 소프트 액추에이터의 제조를 위한 제조 공정을 보여줍니다. 생산의 세 가지 주요 단계가 자세히 제시됩니다 : 얇은 실리콘 멤브레인의 블레이드 주조; 준수 전극의 패드 인쇄; 그리고 모든 구성 요소의 조립.
이 절차의 전반적인 목표는 견고한 유전체 엘라스토머 액추에이터를 제작하는 것입니다. 이 비디오에서는 평면 액추에이터의 제작. 프레임 위에 뻗어 있는 실리콘 멤브레인으로 구성된 것이 도시되어 있습니다.
양쪽에 규정 준수 전극이 스탬핑되어 있습니다. 큰 작동 강도 덕분에 유전체 엘라스토머 액추에이터는 많은 잠재적인 응용 분야를 가지고 있습니다. 그러나 이를 제작하는 데 사용되는 수동 생산 공정은 상용 제품에서의 사용을 제한했습니다.
이 기술의 주요 장점은 정밀하게 정의 된 모양으로 재현 가능하고 견고한 액추에이터를 제조 할 수 있다는 것입니다. 저손실 실리콘 엘라스토머를 사용하면 빠른 작동 응답이 가능합니다. 이 절차에서는 액추에이터 제작을 제시하지만, 동일한 기술을 사용하여 유전체 엘라스토머 발생기와 신축성 있는 스트레인 센서를 제작할 수 있습니다.
희생 층 주조를 시작하려면 롤에서 400mm 길이의 고품질 125 미크론 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 PET 시트를 자릅니다. 진공 테이블에 PET 기판을 놓고 진공 펌프를 켭니다. 자동 필름 코팅기에 프로파일 로드 어플리케이터를 놓고 코팅 속도를 초당 5mm로 설정합니다.
그런 다음 프로파일 로드 앞에 2ml의 희생 층 용액을 넣고 코터 기계를 시작합니다. 그런 다음 필름 어플리케이터를 집어넣되 진공 펌프는 작동 상태로 두고 PET 기판은 진공 플레이트에 그대로 둡니다. 층을 공기 중에서 2분 동안 건조시킵니다.
실리콘 멤브레인 주조의 경우 믹싱 포트에 15g의 실리콘 베이스와 1.50g의 가교제를 추가합니다. 그런 다음 점도를 낮추기 위해 10g의 실리콘 솔벤트를 첨가하십시오. 실리콘 혼합물을 유성 믹서와 혼합합니다.
2, 000RPM에서 2분간의 혼합 주기와 2, 200RPM에서 2분의 탈기 주기를 사용합니다. 다음으로 범용 애플리케이터의 높이를 225미크론으로 설정합니다. 어플리케이터를 PET 시트 상단에 놓고 필름 어플리케이터 속도를 초당 3mm로 설정합니다.
주조 공정 중에 먼지 입자가 포함되지 않도록 하여 결함이 없는 멤브레인을 얻는 것이 중요합니다. 우리는 깨끗한 환경에서 작업하고 멤브레인을 코팅하기 전에 기판을 조심스럽게 청소함으로써 이를 수행합니다. 주사기를 사용하여 믹싱 포트에서 PET 기질로 10ml의 실리콘 혼합물을 옮깁니다.
자동 애플리케이터를 시작하여 전체 PET 기판 위에 실리콘을 도포합니다. 펌프를 끄고 주조층에서 용매가 증발할 때까지 5분 동안 기다립니다. 멤브레인을 유리판에 옮기고 섭씨 80도에서 30분 동안 오븐에 넣습니다.
30분 후 오븐에서 멤브레인을 제거하고 실온에서 5분 더 식힙니다. 그런 다음 오염 물질로부터 표면을 보호하기 위해 얇은 PET 호일로 덮습니다. 사전 연신된 지지대와 멤브레인 지지대를 제작하고 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 주조 실리콘 멤브레인/PET 기판 샌드위치를 절단합니다.
접착제가 실리콘 표면과 접촉하도록 절단된 실리콘 멤브레인 서클 접착 면이 아래로 향하도록 레이저 절단 미리 늘어난 지지대를 고정합니다. 끓는 물을 담그고 실리콘 멤브레인과 접착제 지지대를 포함한 어셈블리를 그 안에 담그십시오. 물에 담그는 동안 완전히 분리될 때까지 실리콘 멤브레인에서 PET 기판을 부드럽고 천천히 벗겨냅니다.
수조에서 실리콘 멤브레인을 제거하고 말리십시오. 질소 건을 사용하여 건조 공정의 속도를 높일 수 있습니다. 제조업체의 프로토콜에 따라 투과 간섭계(transmission interferometer)로 멤브레인의 두께를 측정합니다.
들것을 45mm 직경으로 설정하고 미리 늘어난 지지 실리콘 멤브레인을 접착면이 아래로 향하게 하여 들것 손가락에 놓습니다. 들것 손가락 사이에 미리 늘어난 지지대를 자릅니다. 그런 다음 방사형 눈금자를 들것에 놓고 들것 전 고리를 시계 반대 방향으로 회전하여 들것의 직경을 58.5mm로 늘리고 멤브레인을 1.3배 등축으로 사전 늘립니다.
그런 다음 접착제가 노출되는 PMMA 멤브레인 홀더에서 커버 필름을 제거합니다. PMMA 멤브레인 홀더를 미리 늘어난 멤브레인 표면에 붙입니다. 멤브레인 홀더 주위를 잘라 들것에서 미리 늘어난 멤브레인을 제거합니다.
그런 다음 투과 간섭계로 사전 연신된 멤브레인의 최종 두께를 측정합니다. 패드 인쇄기를 설정하려면 자기 블록에 원하는 전극 패턴이 있는 클리셰를 설치하십시오. 잉크가 채워진 잉크컵 위에 진부한 블록을 놓습니다.
그리고 기계에 어셈블리를 설치하십시오. 프린터 베이스에 얼라이너 플레이트를 놓습니다. 패드 인쇄 기계에서 인쇄 주기를 시작합니다.
이는 얼라이너 플레이트에 전극 설계를 적용합니다. 인쇄된 전극의 겹침과 얼라이너 플레이트의 에칭된 참조 구조를 육안으로 검사합니다. XY 페이더 스테이지를 이동하여 정렬 불량을 수정합니다.
참조 구조와의 정렬을 육안으로 검사하고 참조 구조에 인쇄된 패턴의 완벽한 중첩이 얻어질 때까지 플랫폼 위치와 인쇄 전극을 계속 움직입니다. 프린터 바닥에 미리 늘어난 멤브레인을 놓습니다. 패드 인쇄기에서 인쇄 주기를 시작하여 멤브레인 위에 전극을 찍습니다.
약 4미크론의 충분한 전극 두께를 보장하기 위해 멤브레인을 두 번 스탬프로 찍습니다. 미리 늘어난 모든 멤브레인이 찍힐 때까지 인쇄 과정을 반복한 후 스탬핑된 전극이 있는 멤브레인을 섭씨 80도의 오븐에 30분 동안 넣습니다. 그런 다음 인쇄된 멤브레인 중 하나를 프린터 베이스에 거꾸로 놓고 멤브레인의 뒷면을 노출시킵니다.
일련의 두 인쇄 주기를 시작하여 하단 전극을 패턴화합니다. 액추에이터를 완성하려면 멤브레인을 섭씨 80도의 오븐에 30분 동안 놓고 바닥 전극을 가교합니다. 전기 연결을 만들려면 먼저 액추에이터 프레임의 보호 지지대를 제거하여 접착제를 노출시킵니다.
그런 다음 하단 전극과 접촉할 액추에이터 프레임 부분에 18mm x 2.5mm 테이프를 바르고 프레임 측면으로 접어 접근 가능한 전기 접점을 제공합니다. 그런 다음 액추에이터 프레임을 멤브레인 홀더 내부로 밀어 넣고 손가락으로 멤브레인을 부드럽게 눌러 액추에이터 프레임의 접착제에 붙입니다. 메스로 멤브레인 홀더와 액추에이터 프레임 사이의 경계에서 멤브레인을 자르고 멤브레인 홀더를 제거합니다.
상단 전극의 접촉 영역에 18mm x 2.5mm 전도성 테이프의 두 번째 조각을 붙입니다. 마지막으로 각 전도성 테이프 조각에 와이어를 배치하여 전기를 연결합니다. 두 개의 와이어를 고전압 소스에 연결하고 2킬로볼트 진폭의 2헤르츠 정사각형 신호를 적용합니다.
주조된 실리콘 멤브레인의 건조 필름 두께는 어플리케이터의 갭 설정과 코딩 속도에 따라 달라집니다. 속도의 영향은 두꺼운 멤브레인에 더 중요합니다. 1 헤르츠의 주파수에서 미크론당 100 볼트 이상의 전기장을 적용하면 액추에이터가 큰 변형을 달성 할 수 있음을 보여줍니다.
액추에이터의 직경 작동 스트레치는 적용된 직류 전압에 대한 2차 의존성을 보여줍니다. 이 비디오를 시청한 후에는 응답 시간이 짧은 평면 유전체 엘라스토머 액추에이터를 제작하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 기계적 손실이 적은 실리콘 엘라스토머 사용의 장점.
이 절차의 핵심은 잘 정의 된 전극으로 재현 가능한 액추에이터를 만들 수 있다는 것입니다. 우리의 제작 과정은 유전체 엘라스토머 액추에이터의 대규모 제작을 향한 가능한 경로를 보여줍니다.
이 원고는 실리콘 멤브레인을 사용한 유전체 엘라스토머 소프트 액추에이터의 제조 과정을 상세히 설명합니다. 생산은 세 가지 주요 단계로 구성됩니다: 실리콘 멤브레인의 블레이드 캐스팅, 컴플라이언트 전극의 패드 인쇄, 및 구성 요소의 조립.
Dielectric elastomer actuators (DEAs) offer high actuation strain and soft compliance, enabling applications in haptics, soft robotics, and tunable optics. Reproducible fabrication using silicone membranes and patterned compliant electrodes addresses key limitations of manual production, such as viscoelastic creep and short device lifetime. This process supports early-stage discovery by providing reliable, scalable actuator prototypes for mechanistic de-risking in bio-inspired systems and wearable interfaces.
This fabrication method positions within the discovery continuum from hypothesis testing in early discovery to functional validation in preclinical models, particularly where programmable mechanical actuation is required.