Изготовление Процесс силиконовой основе диэлектрических эластомеров приводов

Общая цель данной процедуры — изготовление надежных диэлектрических эластомерных актуаторов. В этом видео показано изготовление плоскостного актуатора, состоящего из силиконовой мембраны, натянутой на раму.

с соответствующими электродами, нанесенными на обе стороны. Благодаря высокой силе активации диэлектрические эластомерные актуаторы имеют множество потенциальных областей применения. Однако ручные процессы производства, используемые для их изготовления, ограничили их использование в коммерческих продуктах.

Основным преимуществом этого метода является возможность изготовления воспроизводимых и надежных актуаторов с точно определенной формой. Использование силиконовых эластомеров с низкими потерями обеспечивает высокую скорость отклика актуатора. Несмотря на то, что в данной процедуре описывается изготовление актуатора, этот же метод может быть использован для создания диэлектрических эластомерных генераторов и растяжимых датчиков деформации.

Для начала отливки жертвенного слоя отрежьте от рулона лист высококачественного полиэтилентерефталата (ПЭТ) толщиной 125 мкм и длиной 400 мм. Поместите ПЭТ-подложку на вакуумный стол и включите вакуумный насос. Установите профильный стержневой аппликатор в автоматический установщик пленок и задайте скорость нанесения покрытия 5 мм/с.

Затем нанесите 2 мл раствора жертвенного слоя перед профильным стержнем и запустите установку для нанесения покрытий. Далее отведите аппликатор для пленки, оставив вакуумный насос включенным, и оставьте подложку из ПЭТ на вакуумной пластине. Дайте слою высохнуть на воздухе в течение 2 минут.

Для отливки силиконовой мембраны добавьте в смесительную емкость 15 г силиконовой основы и 1,50 г сшивающего агента. Затем добавьте 10 г силиконового растворителя для снижения вязкости. Перемешайте силиконовую смесь с помощью планетарного миксера.

Используйте двухминутный цикл перемешивания при 2 000 RPM, за которым следует двухминутный цикл дегазации при 2 200 RPM. Затем установите высоту универсального аппликатора на 225 microns. Поместите аппликатор на верхнюю часть листа PET и установите скорость аппликатора пленки на три millimeters per second.

Для получения мембран без дефектов крайне важно не допустить попадания частиц пыли в процессе отливки. Это достигается путем работы в чистой среде и тщательной очистки подложки перед нанесением мембраны. Перенесите 10 миллилитров силиконовой смеси из стакана для смешивания на ПЭТ-подложку с помощью шприца.

Запустите автоматический аппликатор, чтобы нанести силикон на всю поверхность ПЭТ-подложки. Выключите насос и подождите пять минут, чтобы растворитель испарился из нанесенного слоя. Перенесите мембрану на стеклянную пластину и поместите в печь на 30 минут при температуре 80 °C.

Через 30 минут извлеките мембрану из печи и дайте ей остыть при комнатной температуре в течение еще пяти минут. Затем накройте ее тонкой ПЭТ-пленкой, чтобы защитить поверхность от загрязнений. Изготовьте предварительно растянутую опору и опору для мембраны, после чего вырежьте «сэндвич» из отлитой силиконовой мембраны и ПЭТ-подложки, как описано в текстовом протоколе.

Прикрепите предварительно растянутую поддержку, вырезанную лазером, к вырезанному кружку из силиконовой мембраны клейкой стороной вниз так, чтобы адгезив соприкасался с поверхностью силикона. Подготовьте ванночку с кипящей водой и погрузите в нее всю сборку, включая силиконовую мембрану и адгезивную поддержку. В погруженном состоянии осторожно и медленно отделите ПЭТ-подложку от силиконовой мембраны до их полного разделения.

Извлеките силиконовую мембрану из водяной бани и дайте ей высохнуть. Для ускорения процесса сушки можно использовать азотную пушку. Измерьте толщину мембраны с помощью просвечивающего интерферометра в соответствии с протоколом производителя.

Установите диаметр устройства для предварительного растяжения на 45 мм и поместите предварительно растянутую поддерживающую силиконовую мембрану на пальцы растяжки адгезивной стороной вниз. Отрежьте излишки предварительно растянутого материала между пальцами растяжки. Затем поместите радиальную линейку на растяжку и вращайте кольцо устройства против часовой стрелки, чтобы увеличить диаметр до 58.5 мм для эквибиаксиального предварительного растяжения мембраны в 1.3 раза.

Затем снимите защитную пленку с держателя мембраны из ПММА, чтобы открыть клейкий слой. Приклейте держатель мембраны из ПММА к поверхности предварительно растянутой мембраны. Обрежьте мембрану вокруг держателя, чтобы извлечь растянутую мембрану из растяжки.

Затем измерьте конечную толщину предварительно растянутой мембраны с помощью просвечивающего интерферометра. Чтобы подготовить машину для тампопечати, установите клише с необходимым рисунком электрода на магнитный блок. Поместите блок клише поверх чаши с краской, заполненной чернилами.

Затем установите узел в машину. Поместите выравнивающую пластину на основание принтера. Запустите цикл печати на машине для тампопечати.

Это позволит нанести конструкцию электрода на выравнивающую пластину. Визуально проверьте перекрытие напечатанного электрода и вытравленной опорной структуры выравнивающей пластины. Переместите подвижную платформу по осям X-Y, чтобы устранить любое смещение.

Визуально проверьте совмещение с эталонной структурой и продолжайте перемещать платформу и печатные электроды до достижения идеального наложения напечатанного рисунка на эталонную структуру. Поместите предварительно растянутую мембрану на основание принтера. Запустите цикл печати на машине тампографической печати, чтобы перенести электрод на поверхность мембраны.

Прижмите штамп к мембране дважды, чтобы обеспечить достаточную толщину электрода (около четырех микрон). После повторения процесса печати для всех предварительно растянутых мембран поместите мембраны с напечатанным электродом в печь при температуре 80 °C на 30 минут. Затем положите одну из напечатанных мембран лицевой стороной вниз на основание принтера, чтобы была открыта обратная сторона мембраны.

Запустите серию из двух циклов печати для формирования структуры нижнего электрода. Для завершения изготовления актуатора поместите мембраны в печь при 80 °C на 30 минут для сшивки нижнего электрода. Чтобы создать электрические соединения, сначала снимите защитную подложку с рамки актуатора, чтобы обнажить адгезив.

Затем наклейте кусочек клейкой ленты размером 18 мм на 2,5 мм на ту часть рамы актуатора, которая будет соприкасаться с нижним электродом, и отогните его к краю рамы, чтобы обеспечить доступ к электрическому контакту. После этого вставьте раму актуатора в держатель мембраны и аккуратно прижмите мембрану пальцами, чтобы она приклеилась к адгезиву рамы актуатора. С помощью скальпеля разрежьте мембрану по границе между держателем мембраны и рамой актуатора и снимите держатель мембраны.

Нанесите второй фрагмент токопроводящей ленты размером 18 мм на 2,5 мм на контактную зону верхнего электрода. В завершение поместите по одному проводу на каждый фрагмент токопроводящей ленты для создания электрического соединения. Подключите два провода к источнику высокого напряжения и подайте прямоугольный сигнал с частотой 2 Гц и амплитудой 2 кВ.

Толщина сухого слоя отлитой силиконовой мембраны зависит от настройки зазора аппликатора, а также от скорости нанесения. Влияние скорости более существенно для более толстых мембран. Приложение электрического поля с напряженностью более 100 вольт на микрон при частоте один Гц показывает, что актуатор способен достигать значительных деформаций.

Диаметральное растяжение при активации актуатора демонстрирует квадратичную зависимость от приложенного напряжения постоянного тока. После просмотра этого видео вы получите четкое представление о том, как изготовить плоские диэлектрические эластомерные актуаторы с коротким временем отклика. Преимуществом является использование силиконовых эластомеров с низкими механическими потерями.

Ключевым моментом данной процедуры является возможность создания воспроизводимых актуаторов с четко определенными электродами. Наш процесс изготовления демонстрирует возможный путь к масштабному производству диэлектрических эластомерных актуаторов.