Silikon tabanlı Dielektrik Elastomer Aktüatörler Fabrikasyon Süreci

Bu prosedürün genel amacı, sağlam dielektrik elastomer aktüatörler üretmektir. Bu videoda, bir düzlem içi aktüatörün imalatı. Bir çerçeve üzerine gerilmiş bir silikon zardan oluşan gösterilmiştir.

her iki tarafa damgalanmış uyumlu elektrotlar ile. Dielektrik elastomer aktüatörler, yüksek çalıştırma güçleri sayesinde birçok potansiyel uygulamaya sahiptir. Bununla birlikte, bunları imal etmek için kullanılan manuel üretim süreçleri, ticari ürünlerde kullanımlarını sınırlamıştır.

Bu tekniğin ana avantajı, kesin olarak tanımlanmış şekillere sahip tekrarlanabilir ve sağlam aktüatörler üretme yeteneğidir. Düşük kayıplı silikon elastomerlerin kullanılması, hızlı bir çalıştırma tepkisi sağlar. Prosedür bir aktüatörün imalatını sunsa da, aynı teknik dielektrik elastomer jeneratörleri ve gerilebilir gerinim sensörlerini imal etmek için de kullanılabilir.

Kurban tabakası dökümüne başlamak için, rulodan 400 milimetre uzunluğunda yüksek kaliteli, 125 mikron kalınlığında polietilen tereftalat veya PET tabakası kesin. PET alt tabakayı vakum tablasının üzerine yerleştirin ve vakum pompasını açın. Profil çubuk aplikatörünü otomatik film kaplayıcıya yerleştirin ve kaplama hızını saniyede beş milimetreye ayarlayın.

Daha sonra profil çubuğunun önüne iki mililitre kurban tabakası solüsyonu koyun ve kaplayıcı makinesini çalıştırın. Ardından, film aplikatörünü geri çekin, ancak vakum pompasını çalışır durumda bırakın ve PET alt tabakayı vakum plakası üzerinde bırakın. Katmanın iki dakika havada kurumasına izin verin.

Silikon membran dökümü için, bir karıştırma kabına 15 gram silikon baz ve 1.50 gram çapraz bağlayıcı ekleyin. Daha sonra viskoziteyi azaltmak için 10 gram silikon çözücü ekleyin. Silikon karışımını planet mikser ile karıştırın.

2.000 RPM'de iki dakikalık bir karıştırma döngüsü ve 2.200 RPM'de iki dakikalık bir gaz giderme döngüsü kullanın. Ardından, evrensel bir aplikatörün yüksekliğini 225 mikron olarak ayarlayın. Aplikatörü PET levhanın üstüne yerleştirin ve film aplikatörünün hızını saniyede üç milimetreye ayarlayın.

Döküm işlemi sırasında toz parçacıklarının dahil edilmesini önleyerek hatasız membranlar elde etmek çok önemlidir. Bunu temiz bir ortamda çalışarak ve membranı kaplamadan önce alt tabakayı dikkatlice temizleyerek yapıyoruz. 10 mililitre silikon karışımını karıştırma kabından bir şırınga ile PET alt tabakaya aktarın.

Silikonu tüm PET alt tabakasına uygulamak için otomatik aplikatörü başlatın. Pompayı kapatın ve çözücünün döküm tabakasından buharlaşması için beş dakika bekleyin. Membranı bir cam tabağa aktarın ve 80 santigrat derecede 30 dakika fırına koyun.

30 dakika sonra zarı fırından çıkarın ve beş dakika daha oda sıcaklığında soğumaya bırakın. Ardından, yüzeyi kirletici maddelerden korumak için ince bir PET folyo ile örtün. Önceden gerilmiş desteği ve membran desteğini imal edin ve dökme silikon membran/PET alt tabaka sandviçini metin protokolünde açıklandığı gibi kesin.

Lazer kesim önceden gerilmiş desteği, yapıştırıcı silikon yüzeyle temas edecek şekilde, kesilmiş silikon membran çemberi yapışkan tarafı aşağı bakacak şekilde sabitleyin. Bir kaynar su banyosu hazırlayın ve silikon membran ve yapışkan destek dahil olmak üzere düzeneği içine daldırın. Su altında iken, PET alt tabakayı tamamen ayrılana kadar silikon zardan nazikçe ve yavaşça soyun.

Silikon zarı su banyosundan çıkarın ve kurumasını bekleyin. Kurutma işlemini hızlandırmak için bir nitrojen tabancası kullanılabilir. Membranın kalınlığını üreticinin protokolüne göre iletim interferometresi ile ölçün.

Ön gerdiriciyi 45 milimetre çapa ayarlayın ve önceden gerilmiş destek silikon membranını yapışkan tarafı aşağı bakacak şekilde sedye parmaklarına yerleştirin. Önceden gerilmiş desteği sedye parmakları arasında kesin. Ardından radyal cetveli sedyenin üzerine yerleştirin ve zarı eşikeksenli olarak 1,3 kat önceden germek için ön gerdiricinin çapını 58,5 milimetreye çıkarmak için ön gerdirici halkasını saat yönünün tersine çevirin.

Ardından, yapıştırıcıyı açığa çıkaran PMMA membran tutucusundan kapak filmini çıkarın. PMMA membran tutucuyu önceden gerilmiş membran yüzeyine yapıştırın. Önceden gerilmiş zarı sedyeden çıkarmak için zar tutucunun etrafını kesin.

Daha sonra transmisyon interferometresi ile önceden gerilmiş membranın son kalınlığını ölçün. Tampon baskı makinesini kurmak için, istenen elektrot desenine sahip klişeyi manyetik bloğa takın. Klişe bloğunu mürekkep dolu mürekkep kutusunun üzerine yerleştirin.

Ve düzeneği makineye takın. Hizalama plakasını yazıcı tabanına yerleştirin. Tampon baskı makinesinde bir yazdırma döngüsü başlatın.

Elektrot tasarımını hizalama plakasına uygulayacak. Basılı elektrotun üst üste binmesini ve hizalama plakasının kazınmış referans yapısını görsel olarak inceleyin. Herhangi bir yanlış hizalamayı düzeltmek için XY fader aşamasını hareket ettirin.

Referans yapısı ile hizalamayı görsel olarak inceleyin ve basılı desenin referans yapısı üzerinde mükemmel bir süperpozisyonu elde edilene kadar platform konumunu ve baskı elektrotlarını hareket ettirmeye devam edin. Yazıcı tabanına önceden gerilmiş bir zar yerleştirin. Tampon baskı makinesinde, elektrodu zarın üzerine damgalamak için bir baskı döngüsü başlatın.

Yaklaşık dört mikronluk yeterli bir elektrot kalınlığı sağlamak için zarı iki kez damgalayın. Önceden gerilmiş tüm membranlar damgalanana kadar baskı işlemini tekrarladıktan sonra, damgalı elektrotlu membranları 30 dakika boyunca 80 santigrat derecede bir fırına yerleştirin. Ardından, yazdırılan membranlardan birini, membranın arka tarafını açıkta bırakacak şekilde yazıcı tabanına baş aşağı yerleştirin.

Alt elektrodu modellemek için bir dizi iki yazdırma döngüsü başlatın. Aktüatörü bitirmek için, alt elektrodu çapraz bağlamak için membranları 80 santigrat derecede 30 dakika fırına yerleştirin. Elektrik bağlantılarını oluşturmak için, önce yapıştırıcıyı ortaya çıkarmak için aktüatör çerçevesinin koruyucu desteğini çıkarın.

Ardından, aktüatör çerçevesinin alt elektrotla temas edecek kısmına 18 milimetreye 2,5 milimetrelik bir bant parçası uygulayın ve erişilebilir bir elektrik teması sağlamak için çerçevenin yan tarafına katlayın. Ardından aktüatör çerçevesini membran tutucunun içine kaydırın ve aktüatör çerçevesinin yapışkanına yapıştırmak için membrana parmaklarınızla hafifçe bastırın. Bir neşter ile membranı membran tutucu ile aktüatör çerçevesi arasındaki sınırdan kesin ve membran tutucuyu çıkarın.

Üst elektrotun temas bölgesine 18 milimetre x 2,5 milimetre iletken banttan oluşan ikinci bir parça uygulayın. Son olarak, elektrik bağlantısı yapmak için her bir iletken bant parçasına bir tel yerleştirin. İki kabloyu yüksek voltajlı bir kaynağa bağlayın ve iki kilovolt genlikli iki Hertz kare sinyali uygulayın.

Dökme silikon membranın kuru film kalınlığı, aplikatörün boşluk ayarına ve aynı zamanda kodlama hızına bağlıdır. Hızın etkisi daha kalın membranlar için daha önemlidir. Bir Hertz frekansında mikron başına 100 voltun üzerinde bir elektrik alanının uygulanması, aktüatörün büyük deformasyonlar elde edebileceğini gösterir.

Aktüatörün çap çalıştırma gerilmesi, uygulanan doğru akım voltajına göre ikinci dereceden bir bağımlılık gösterir. Bu videoyu izledikten sonra, kısa tepki sürelerine sahip düzlemsel dielektrik elastomer aktüatörlerin nasıl üretileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Düşük mekanik kayıplı silikon elastomerler kullanmanın bir avantajı.

Bu prosedürün kilit noktası, iyi tanımlanmış elektrotlarla tekrarlanabilir aktüatörler yapma yeteneğidir. Üretim sürecimiz, dielektrik elastomer aktüatörlerin büyük ölçekli imalatına yönelik olası bir rotayı göstermektedir.