Processo de fabricação de base de silicone dielétricos Elastomer Atuadores

O objetivo geral deste procedimento é fabricar atuadores dielétricos de elastômero robustos. Neste vídeo, é mostrada a fabricação de um atuador no plano, composto por uma membrana de silicone esticada sobre uma estrutura.

com eletrodos conformes estampados em ambos os lados. Graças às suas grandes forças de atuação, os atuadores dielétricos de elastômero possuem muitas aplicações potenciais. No entanto, os processos de produção manual utilizados para fabricá-los têm limitado seu uso em produtos comerciais.

A principal vantagem desta técnica é a capacidade de fabricar atuadores reprodutíveis e robustos com formas definidas com precisão. O uso de elastômeros de silicone com baixa perda permite uma resposta de atuação rápida. Embora o procedimento apresente a fabricação de um atuador, a mesma técnica pode ser utilizada para fabricar geradores de elastômero dielétrico e sensores de deformação extensíveis.

Para iniciar a moldagem por camada sacrificável, corte uma folha de 400 milímetros de comprimento de tereftalato de polietileno ou PET de alta qualidade com espessura de 125 mícrons do rolo. Coloque o substrato de PET sobre a mesa a vácuo e ligue a bomba de vácuo. Posicione o aplicador de haste de perfil no recozidor automático de filme e ajuste a velocidade de revestimento para cinco milímetros por segundo.

Em seguida, coloque dois mililitros da solução da camada sacrificial na frente da barra de perfil e inicie a máquina de revestimento. A seguir, recolha o aplicador de filme, mas mantenha a bomba de vácuo ligada e deixe o substrato de PET sobre a placa de vácuo. Deixe a camada secar ao ar por dois minutos.

Para a moldagem em membrana de silicone, adicione 15 gramas da base de silicone e 1,50 gramas do agente de reticulação a um recipiente de mistura. Em seguida, adicione 10 gramas de solvente de silicone para reduzir a viscosidade. Misture a composição de silicone com o misturador planetário.

Utilize um ciclo de mistura de dois minutos a 2.000 RPM, seguido por um ciclo de desgaseificação de dois minutos a 2.200 RPM. Em seguida, ajuste a altura de um aplicador universal para 225 mícrons. Posicione o aplicador no topo da folha de PET e defina a velocidade do aplicador de filme em três milímetros por segundo.

É fundamental obter membranas livres de defeitos evitando a inclusão de partículas de poeira durante o processo de vazamento. Fazemos isso trabalhando em um ambiente limpo e limpando cuidadosamente o substrato antes de revestir a membrana. Transfira 10 mililitros da mistura de silicone do recipiente de mistura para o substrato de PET com uma seringa.

Inicie o aplicador automático para aplicar silicone sobre todo o substrato de PET. Desligue a bomba e aguarde cinco minutos para permitir que o solvente evapore da camada moldada. Transfira a membrana para uma placa de vidro e coloque-a no forno por 30 minutos a 80 graus Celsius.

Após 30 minutos, remova a membrana do forno e deixe esfriar à temperatura ambiente por mais cinco minutos. Em seguida, cubra-a com uma fina folha de PET para proteger a superfície contra contaminantes. Confeccione o suporte pré-esticado e o suporte da membrana e corte o sanduíche da membrana de silicone fundida/substrato de PET conforme descrito no protocolo do texto.

Fixe o suporte pré-esticado cortado a laser sobre o círculo de membrana de silicone com o lado adesivo voltado para baixo, de modo que o adesivo entre em contato com a superfície de silicone. Prepare um banho de água fervente e mergulhe o conjunto, incluindo a membrana de silicone e o suporte adesivo, na água. Enquanto estiver submerso, retire lentamente e com cuidado o substrato de PET da membrana de silicone até que ambos estejam completamente separados.

Remova a membrana de silicone do banho-maria e deixe secar. Uma pistola de nitrogênio pode ser usada para acelerar o processo de secagem. Meça a espessura da membrana com o interferômetro de transmissão de acordo com o protocolo do fabricante.

Defina o pré-esticador com um diâmetro de 45 milímetros e coloque a membrana de silicone de suporte pré-esticada sobre os dedos do esticador, com o lado adesivo voltado para baixo. Corte o suporte pré-esticado entre os dedos do esticador. Em seguida, coloque a régua radial sobre o esticador e gire o anel do pré-esticador no sentido anti-horário para aumentar o diâmetro do pré-esticador para 58,5 milímetros, esticando assim a membrana equibiaxialmente por um fator de 1,3.

Em seguida, remova a película de proteção do suporte da membrana de PMMA, expondo o adesivo. Fixe o suporte da membrana de PMMA sobre a superfície da membrana pré-esticada. Corte ao redor do suporte da membrana para remover a membrana pré-esticada do esticador.

Em seguida, meça a espessura final da membrana pré-esticada com o interferômetro de transmissão. Para configurar a máquina de padografia, instale a clichê com o padrão de eletrodo desejado no bloco magnético. Coloque o bloco da clichê sobre a copa de tinta cheia de tinta.

E instale o conjunto na máquina. Coloque a placa de alinhamento na base da impressora. Inicie um ciclo de impressão na máquina de tampografia.

Que aplicará o design do eletrodo na placa de alinhamento. Inspeccione visualmente a sobreposição do eletrodo impresso e da estrutura de referência gravada na placa de alinhamento. Mova o estágio deslizante X-Y para corrigir qualquer desalinhamento.

Inspecione visualmente o alinhamento com a estrutura de referência e continue ajustando a posição da plataforma e imprimindo os eletrodos até que uma sobreposição perfeita do padrão impresso sobre a estrutura de referência seja obtida. Coloque uma membrana pré-esticada na base da impressora. Na máquina de impressão por tampografia, inicie um ciclo de impressão para carimbar o eletrodo sobre a membrana.

Carimbe a membrana duas vezes para garantir uma espessura suficiente do eletrodo de cerca de quatro mícrons. Após repetir o processo de impressão até que todas as membranas pré-esticadas sejam carimbadas, coloque as membranas com o eletrodo carimbado em uma estufa a 80 graus Celsius por 30 minutos. Em seguida, posicione uma das membranas impressas de cabeça para baixo na base da impressora, expondo o lado traseiro da membrana.

Inicie uma série de dois ciclos de impressão para definir o padrão do eletrodo inferior. Para finalizar o atuador, coloque as membranas no forno a 80 graus Celsius por 30 minutos para reticulizar o eletrodo inferior. Para criar as conexões elétricas, remova primeiro a proteção traseira da estrutura do atuador para expor a camada adesiva.

Em seguida, aplique um pedaço de fita de 18 milímetros por 2,5 milímetros na parte da estrutura do atuador que entrará em contato com o eletrodo inferior e dobre-a para o lado da estrutura para fornecer um contato elétrico acessível. Depois, deslize a estrutura do atuador para dentro do suporte da membrana e pressione suavemente a membrana com os dedos para fixá-la na cola da estrutura do atuador. Com um bisturi, corte a membrana na borda entre o suporte da membrana e a estrutura do atuador e remova o suporte da membrana.

Aplicar um segundo pedaço de fita condutiva de 18 milímetros por 2,5 milímetros na zona de contato do eletrodo superior. Finalmente, colocar um fio sobre cada pedaço da fita condutiva para estabelecer uma conexão elétrica. Conectar os dois fios a uma fonte de alta tensão e aplicar um sinal quadrado de dois hertz com amplitude de dois quilovolts.

A espessura do filme seco da membrana de silicone moldada depende da configuração do espaçamento do aplicador, mas também da velocidade de codificação. A influência da velocidade é mais importante para membranas mais espessas. A aplicação de um campo elétrico acima de 100 volts por micrômetro com frequência de um hertz mostra que o atuador pode alcançar grandes deformações.

O alongamento de atuação diametral do atuador apresenta uma dependência quadrática em relação à tensão contínua aplicada. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão sobre como fabricar atuadores planares de elastômero dielétrico com tempos de resposta curtos. Uma vantagem do uso de elastômeros de silicone com baixa perda mecânica.

O ponto principal deste procedimento é a capacidade de produzir atuadores reprodutíveis com eletrodos bem definidos. Nosso processo de fabricação mostra uma rota possível para a fabricação em larga escala de atuadores de elastômero dielétrico.