Aby zademonstrować proponowaną metodę, przedstawiamy proces wykonania pojedynczego siłownika zginającego. W celu wykonania tego siłownika wycięto cztery arkusze TPU o wymiarach 25 cm x 25 cm, ułożono je w stos, a następnie wygładzono za pomocą prasy termicznej (Rysunek 1A). Zgodnie z protokołem, prasę termiczną zastosowano przez 10 min w ustawionej temperaturze 20 °F. Zmarszczki w laminowanych arkuszach mogą prowadzić do problemów z wiązaniem podczas etapu cięcia laserowego, dlatego zapewnienie idealnie gładkiej powierzchni jest kluczowe dla uzyskania powtarzalnych wyników. Na przykład Rysunek 1B przedstawia otrzymany laminat zawierający zmarszczki, które nie pozwolą na uzyskanie pożądanych rezultatów, natomiast Rysunek 1C przedstawia laminat, który jest wystarczająco płaski, aby uzyskać zamierzone wyniki.
Projekt 2D siłownika pneumatycznego został wykonany w programie AutoCAD. Siłownik ten stworzono poprzez narysowanie prostokąta o wymiarach 8 mm x 150 mm. W centrum projektu dodano liniowy wzór ośmiu linii, z których każda miała długość 1,34 mm i była rozmieszczona w odstępach 10 mm (wyróżnione na czerwono w Rycina 2). Na koniec otwarcie siłownika (zaznaczone na niebiesko w Rysunek 2) został zaprojektowany poprzez dodanie otwartego prostokąta o wymiarach 4 mm x 8 mm. Plik AutoCAD (.dwg) dla tego przykładowego siłownika liniowego jest dostępny w Materiały uzupełniające.
Zalaminowany czterowarstwowy stos TPU został następnie umieszczony w maszynie do cięcia laserowego (Rycina 3A), a projekt 2D zaimportowano za pomocą oprogramowania maszyny. Narzędzie Focus w wycinarce laserowej posłużyło do weryfikacji dopasowania pozycji rysunku 2D na zalaminowanych arkuszach TPU. Podczas pierwszego przejścia parametry cięcia laserowego ustawiono na: prędkość = 60%, moc = 80% oraz PPI = 50. Po zakończeniu tego etapu, bez zmiany położenia arkuszy poliuretanu, rozpoczęto drugie przejście z nowymi ustawieniami: prędkość = 55%, moc = 85% oraz PPI = 50. Ten sam proces powtórzono po raz trzeci z nowymi parametrami: prędkość = 50%, moc = 90% oraz PPI = 50. Zmniejszenie prędkości i zwiększenie mocy wydłuża czas ekspozycji siłownika pneumatycznego na źródło ciepła, co pozwala na stopienie i spojenie materiału, zapewniając szczelność balonu, który można łatwo oddzielić od pozostałej części arkusza TPU (Rycina 3B). Należy zauważyć, że wycinarka laserowa zawsze jednocześnie tnie i spawa TPU; cięcie i spawanie nie są wykonywane w osobnych krokach ani nie są osiągane za pomocą różnych ustawień.
Aby połączyć siłownik z jednostką zasilania powietrzem, otwór siłownika przecięto nożyczkami, a następnie pomiędzy drugą a trzecią warstwą wyciętego laserowo siłownika wprowadzono igłę ze stali nierdzewnej (Rysunek 4B). W celu zapewnienia szczelności układu, zewnętrzną część igły pokryto wcześniej klejem (Rysunek 4C). Następnie miejsce styku siłownika z igłą ze stali nierdzewnej szczelnie owinięto taśmą PTFE (Rysunek 4D).
Na koniec, przy użyciu cyfrowego dozownika cieczy, siłownik pneumatyczny (Rysunek 5A) został napompowany do ciśnienia 5 psi, aby zaobserwować ugięcie w obszarze, w którym zaprojektowano układ linii (Rysunek 5B).

Rysunek 1: Prasowanie arkuszy na gorąco. (A) Zdjęcie prasy termicznej z arkuszami TPU przeznaczonymi do laminowania. (B) Przykładowy obraz arkuszy o złym laminacie z nadmiernymi zmarszczkami. (C) Przykładowy obraz poprawnie zalaminowanych arkuszy o gładkiej powierzchni. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Konstrukcja siłownika. Rysunek CAD użyty do uformowania pojedynczego siłownika zginającego. Projekt na dole przedstawia obrys siłownika, projekt w środku pokazuje pojedynczą linię dodaną jako element zginający, a projekt na górze przedstawia kompletny siłownik. Czerwona ramka wyróżnia elementy tworzące obszar zginania siłownika. Niebieska ramka wyróżnia obszar do podłączenia igły w celu utlenienia (nadciśnienia). Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.

Rysunek 3: Wycinarka laserowa. (A) Obraz zalaminowanych arkuszy w wycinarce laserowej. (B,C) Obraz siłownika, który należy usunąć po cięciu laserowym. (C) Obraz siłownika. Prosimy o kliknięcie tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.

Rysunek 4: Połączenie igły. Obrazy przedstawiające etapy podłączenia igły tępokształtnej (A) do siłownika balonowego za pomocą kleju (B) jako klej. Igłę wprowadza się do wąskiego końca siłownika, który otwiera się za pomocą nożyczek (C) i uszczelniono taśmą PTFE (D). Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

Rysunek 5: Siłownik zginający. (A) Obraz siłownika w stanie nieociśnionym. (B) Obraz siłownika w stanie pod ciśnieniem. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.
Materiały dodatkowe. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.