Fabricageproces van siliconen gebaseerde diëlektrische Elastomer Actuators

Het algemene doel van deze procedure is het vervaardigen van robuuste diëlektrische elastomeeractuators. In deze video wordt de fabricage van een actuator in het vlak getoond, bestaande uit een siliconen membraan dat over een frame is gespannen.

met compatibele elektroden die aan beide zijden zijn gestempeld. Dankzij hun grote actuatiekracht hebben dielektrische elastomeeractuatoren veel potentiële toepassingen. Echter hebben de handmatige productieprocessen die voor de fabricatie worden gebruikt, hun gebruik in commerciële producten beperkt.

Het belangrijkste voordeel van deze techniek is de mogelijkheid om reproduceerbare en robuuste actuatoren met nauwkeurig gedefinieerde vormen te vervaardigen. Het gebruik van silicone elastomeren met een laag verlies zorgt voor een snelle actuatierespons. Hoewel de procedure de fabricage van een actuator beschrijft, kan dezelfde techniek worden gebruikt voor het vervaardigen van diëlektrische elastomeergeneratoren en rekbare reksensoren.

Om te beginnen met het gieten van de offerlaag, snijdt u een vel hoogwaardig polyethyleentereftalaat (PET) met een dikte van 125 micron en een lengte van 400 millimeter van de rol. Leg het PET-substraat op de vacuümtafel en schakel de vacuümpomp in. Plaats de profielstaaf-applicator op de automatische filmcoater en stel de coatingsnelheid in op 5 millimeter per seconde.

Plaats vervolgens twee milliliters van de offerlaagoplossing vóór de profielstaaf en start de coater. Trek daarna de filmapplicator terug, maar laat de vacuümpomp aanstaan en laat het PET-substraat op de vacuümplaat liggen. Laat de laag gedurende twee minuten aan de lucht drogen.

Voeg voor het gieten van het siliconenmembraan 15 gram siliconenbasis en 1,50 gram crosslinker toe aan een mengbeker. Voeg vervolgens 10 gram siliconenoplosmiddel toe om de viscositeit te verlagen. Meng het siliconenmengsel met de planetaire menger.

Gebruik een mengcyclus van twee minuten bij 2,000 RPM gevolgd door een ontgassingscyclus van twee minuten bij 2,200 RPM. Stel vervolgens de hoogte van een universele applicator in op 225 microns. Plaats de applicator aan de bovenzijde van het PET-vel en stel de snelheid van de filmapplicator in op drie millimeter per seconde.

Het is van cruciaal belang om defectvrije membranen te verkrijgen door de insluiting van stofdeeltjes tijdens het gietproces te voorkomen. Dit doen we door in een schone omgeving te werken en door het substraat zorgvuldig te reinigen voordat het membraan wordt gecoat. Breng 10 milliliters van het siliconenmengsel met een spuit over van de mengbeker naar het PET-substraat.

Start de automatische applicator om silicone aan te brengen over het volledige PET-substraat. Schakel de pomp uit en wacht vijf minuten zodat het oplosmiddel uit de gegoten laag kan verdampen. Verplaats het membraan naar een glasplaat en plaats dit gedurende 30 minuten in de oven bij 80 °C.

Verwijder na 30 minuten het membraan uit de oven en laat het nog vijf minuten afkoelen op kamertemperatuur. Dek het vervolgens af met een dunne PET-folie om het oppervlak te beschermen tegen contaminanten. Fabriceer de voorgespannen ondersteuning en de membraanondersteuning en snijd de gegoten silicone membraan/PET-substraat sandwich zoals beschreven in het tekstprotocol.

Bevestig de lasergesneden, voorgerekte ondersteuning met de lijmzijde naar beneden op de uitgesneden cirkel van het siliconen membraan, zodat de lijm in contact komt met het siliconenoppervlak. Bereid een bad met kokend water voor en dompel de assemblage, inclusief het siliconen membraan en de lijmsteun, hierin onder. Pel terwijl de assemblage ondergedompeld is het PET-substraat voorzichtig en langzaam van het siliconen membraan af tot ze volledig van elkaar gescheiden zijn.

Verwijder het siliconenmembraan uit het waterbad en laat het drogen. Een stikstofpistool kan worden gebruikt om het droogproces te versnellen. Meet de dikte van het membraan met de transmissie-interferometer volgens het protocol van de fabrikant.

Stel de voorspanner in op een diameter van 45 millimeter en plaats het voorgespannen ondersteunende siliconenmembraan op de vingers van de spanner, met de plakzijde naar beneden. Snijd het voorgespannen supportmateriaal tussen de vingers van de spanner door. Plaats vervolgens de radiale liniaal op de spanner en draai de ring van de voorspanner tegen de klok in om de diameter van de voorspanner te vergroten naar 58,5 millimeter, zodat het membraan equibiaxiaal wordt voorgespannen met een factor 1,3.

Verwijder vervolgens de beschermfolie van de PMMA-membraanhouder om de kleefstof bloot te leggen. Plak de PMMA-membraanhouder op het oppervlak van het voorgespannen membraan. Snijd rondom de membraanhouder om het voorgespannen membraan van de spanner te verwijderen.

Meet vervolgens de uiteindelijke dikte van het vooraf uitgerekte membraan met de transmissie-interferometer. Installeer voor het instellen van de tampondrukinstallatie het cliché met het gewenste elektrodepatroon op het magnetische blok. Plaats het clichéblok bovenop de met inkt gevulde inktnap.

En installeer de assemblage in de machine. Plaats de uitlijningsplaat op de basis van de printer. Start een printcyclus op de tampondrukpers.

Hiermee wordt het elektrode-ontwerp op de uitlijningsplaat aangebracht. Inspecteer visueel de overlap tussen de geprinte elektrode en de geëtste referentiestructuur van de uitlijningsplaat. Verplaats de X-Y fader-tafel om eventuele uitlijningsfouten te corrigeren.

Inspecteer visueel de uitlijning met de referentiestructuur en blijf de positie van het platform en de printelektroden verplaatsen totdat een perfecte superpositie van het geprinte patroon op de referentiestructuur is bereikt. Plaats een vooruitgerekt membraan op de basis van de printer. Start op de tampondrukmachine een printcyclus om de elektrode op het membraan te stempelen.

Stempel het membraan twee keer om een voldoende elektodedikte van ongeveer vier micron te garanderen. Nadat het printproces is herhaald totdat alle voorgerekte membranen zijn gestempeld, worden de membranen met de gestempelde elektrode 30 minuten in een oven bij 80 °C geplaatst. Plaats vervolgens een van de geprinte membranen ondersteboven op de basis van de printer, zodat de achterzijde van het membraan zichtbaar is.

Start een reeks van twee printcycli om de bodemelektrode te patroneren. Om de actuator af te maken, worden de membranen 30 minuten lang in de oven bij 80 °C geplaatst om de bodemelektrode te crosslinken. Om de elektrische verbindingen te maken, wordt eerst de beschermende achterlaag van het actuatorframe verwijderd om de kleefstof bloot te leggen.

Breng vervolgens een stuk plakband van 18 millimeter bij 2,5 millimeter aan op het deel van het actuatorframe dat in contact komt met de bodemelektrode en vouw dit naar de zijkant van het frame om een toegankelijk elektrisch contact te creëren. Schuif daarna het actuatorframe in de membraanhouder en druk het membraan voorzichtig met de vingers aan zodat het aan de kleefstof van het actuatorframe hecht. Snijd het membraan met een scalpel door op de grens tussen de membraanhouder en het actuatorframe en verwijder de membraanhouder.

Breng een tweede stuk geleidende tape van 18 millimeter bij 2,5 millimeter aan op de contactzone van de bovenste elektrode. Plaats tot slot op elk stuk geleidende tape een draad om een elektrische verbinding te maken. Sluit de twee draden aan op een hoogspanningsbron en breng een blokgolfsignaal van twee Hertz met een amplitude van twee kilovolt aan.

De droge filmdikte van het gegoten siliconenmembraan is afhankelijk van de tussenruimte-instelling van de applicator, maar ook van de coatingsnelheid. De invloed van de snelheid is belangrijker bij dikkere membranen. Toepassing van een elektrisch veld boven de 100 volt per micron bij een frequentie van één Hertz laat zien dat de actuator grote vervormingen kan bereiken.

De diameteractuatie-rek van de actuator vertoont een kwadratische afhankelijkheid van de aangelegde gelijkspanningsspanning. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u planaire diëlektrische elastomeeractuatoren met korte responstijden kunt fabriceren. Een voordeel van het gebruik van siliconen elastomeren met een laag mechanisch verlies.

Het belangrijkste punt van deze procedure is de mogelijkheid om reproduceerbare actuatoren met goed gedefinieerde elektroden te maken. Ons fabricageproces toont een mogelijk pad naar grootschalige productie van diëlektrische elastomeeractuatoren.