Produzione rapida di attuatori e robot pneumatici sottili e morbidi

Questo metodo rapido utilizza una fresa laser e poliuretano termoplastico per fabbricare attuatori morbidi sottili con geometria e dimensioni arbitrarie. Il vantaggio principale della tecnica è che consente una rapida progettazione e fabbricazione di più attuatori morbidi sottili e prototipi di robot in parallelo. Per calibrare un sensore di forza da utilizzare nella pressa termica, posizionare innanzitutto uno scivolo di vetro sul sensore di forza e metterlo un peso.

Annotare la forza e la resistenza del sensore e utilizzare una pinza digitale per misurare l’area del sensore. Quindi calibrare il sensore dividendo i valori di forza per l’area misurata per ottenere i dati di pressione e utilizzare un foglio di calcolo per adattare una linea lineare ai dati di pressione rispetto alla resistenza. Successivamente, inserire il sensore di forza tra due strati di silicone da 50 a 50 per 3 millimetri, posizionare gli strati all’interno della pressa termica e ruotare la manopola di pressione fino a quando non viene letta una pressione di circa 200 kilopascal dal sensore.

Per premere termicamente le pellicole in TPU, indossare guanti e tagliare quattro strati di 30 per 30 millimetri del materiale. Posizionare i quattro fogli in modo che tutti e quattro i bordi siano allineati e posizionare i fogli all’interno della pressa termica. Impostare la temperatura della pressa termica a circa 93 gradi Celsius e chiudere completamente la pressa termica.

Tenere i film all’interno della pressa per 10 minuti prima di aprire la pressa e rimuovere le pellicole in TPU laminate. Per determinare i parametri laser ottimali, utilizzare un programma di progettazione aiutato dal computer per progettare un quadrato con lati di 20 millimetri e un rettangolo di quattro per otto millimetri che fungerà da ingresso del palloncino quadrato. Per tagliare e saldare al laser il modello quadrato dagli strati di TPU, nel software di fresa laser, impostare la velocità e la potenza sul 10% e gli impulsi per pollice a 500 per ogni valore di potenza.

Tagliare l’estremità dell’ingresso del palloncino quadrato con le forbici e inserire un ago all’interno dell’ingresso del palloncino quadrato. Applicare la colla intorno all’ingresso e avvolgere l’ingresso e l’ago con nastro PTFE. Dopo aver permesso alla colla di asciugarsi per cinque minuti, gonfiare il palloncino con un distributore di fluido preciso fino a scoppiare per identificare la pressione media di scoppio del palloncino quadrato.

Per fabbricare l’attuatore, progettare il modello di attuatore desiderato utilizzando un software assistito da computer ed evidenziare tutti i segmenti del progetto. Nella barra delle applicazioni nella sezione proprietà modificare lo spessore della linea del progetto selezionato in zero millimetri nel software e selezionare stampa cambiando il nome della stampante in VLS2.30 nel menu. Nelle impostazioni della stampante selezionare il formato della carta come orizzontale definito dall’utente.

Inoltre, nella sezione della scala del tracciato, deselezionate l’opzione adatta alla carta e ridimensionate le dimensioni dell’immagine a un millimetro per un’unità di lunghezza. Nell’origine di offset del plottaggio impostata sull’area stampabile, controllare il centro dell’opzione di plottaggio e premere il pulsante di accensione per attivare il filtro dell’aria. Accendere la fresa laser e nel software di taglio laser, impostare la potenza sull’80% della velocità al 60% e gli impulsi per pollice a 500.

Quindi utilizzare lo strumento visualizzazione messa a fuoco per spostare il puntatore laser nell’angolo superiore sinistro e nell’angolo inferiore destro del motivo per assicurarsi che l’intero motivo si adatti alle pellicole in TPU laminate preparate. Per mettere a fuoco la macchina laser, spostare il carrello dell’obiettivo al centro del tavolo e posizionare lo strumento di messa a fuoco sul tavolo. Spostare il tavolo verso l’alto fino a quando la parte superiore dello strumento di messa a fuoco tocca la parte anteriore del carrello dell’obiettivo e spostare il tavolo lentamente fino a quando il carrello dell’obiettivo non raggiunge la tacca dello strumento di messa a fuoco e urta l’utensile in avanti.

Senza modificare la posizione del foglio TPU, ridurre la velocità della fresa laser al 55%, aumentare la potenza all’85% e mantenere gli impulsi per pollice a 500 ed eseguire nuovamente il laser. Quindi impostare la velocità sul 50% per aumentare la potenza al 90% e mantenere gli impulsi per pollice a 500 per una terza esecuzione del laser per garantire che non ci siano perdite nell’attuatore. Per legare un ago di erogazione in acciaio inossidabile con una connessione di blocco Luer, tagliare l’estremità dell’attuatore a palloncino con forbici di ingresso e inserire un ago all’interno dell’ingresso dell’attuatore del palloncino.

Applicare la colla intorno all’ago e all’attuatore e avvolgere il nastro PTFE intorno alla connessione. Quando la colla si è asciugata, montare una telecamera sopra l’attuatore a una distanza sufficiente in modo che l’attuatore sia in piena vista della telecamera sia nei suoi stati pressurizzati che non pressurizzati e tenere l’attuatore in un orientamento tale che la sua deflessione alla pressurizzazione sia ortogonale alla telecamera. Aumentare la pressione dell’attuatore con un distributore di fluido preciso fino a quando non si devia nell’intera gamma senza scoppiare.

Quindi aumentare la pressione dell’attuatore fino a raggiungere circa il 20% della sua gamma completa e notare la pressione. Infine, scatta una foto dell’attuatore e usa un programma software di elaborazione delle immagini per misurare le coordinate X e Y della punta dell’attuatore nell’immagine. Dopo aver ripetuto la pressurizzazione e la misurazione delle coordinate fino a raggiungere un intervallo completo di deflessione dell’attuatore, tracciare un grafico XY della deflessione dell’attuatore rispetto alla pressione di gonfiaggio.

Le rughe nei fogli laminati possono causare problemi di incollaggio durante la fase di taglio laser. Pertanto, garantire una superficie perfettamente liscia è fondamentale per risultati riproducibili. Qui viene mostrato un design 2D dell’attuatore pneumatico disegnato utilizzando un programma di progettazione aiutato dal computer.

Utilizzando il taglio laser, la pila stratificata a quattro strati di TPU può essere tagliata e saldata per adattarsi al design dell’attuatore pneumatico 2D come dimostrato. Per accoppiare l’attuatore a un’unità di alimentazione dell’aria, è possibile inserire un ago in acciaio inossidabile nell’attuatore e l’interfaccia dell’attuatore e dell’ago in acciaio inossidabile può essere avvolta saldamente con nastro PTFE per evitare perdite. Infine, utilizzando un distributore digitale di fluidi, l’attuatore pneumatico può essere gonfiato a una pressione di cinque libbre per pollice quadrato per consentire l’osservazione di una deflessione all’interno della regione in cui è stata progettata la gamma di linee.

Dati questi con cui il suo design può essere iterato, questa tecnica ha il potenziale per espandere l’uso di attuatori morbidi sottili per molti campi di studio.