Naukowcy wykorzystują polimery z pamięcią kształtu w celu zwiększenia sztywności trójwymiarowych softstartów drukowanych

Zespół naukowców z Singapore University of Technology and Design (SUTD) i Shanghai Jiao Tong University (STJU) opublikował niedawno publikację zatytułowaną "Fast-Response, Softstart sterowany sztywnością przez Hybrid Multimaterial 3D Printing", opisującą szczegółowo ich wysiłki zmierzające do naprawienia tego problemu.

Streszczenie brzmi: "Niniejsza praca przedstawia paradygmat projektowania i produkcji miękkich siłowników o szybkim reagowaniu, z regulacją sztywności (FRST) za pomocą hybrydowego wielomateriałowego drukowania 3D. Integracja warstwy polimerowej z pamięcią kształtu w całkowicie nadrukowany korpus siłownika zwiększa jego sztywność nawet 120-krotnie, bez utraty elastyczności i zdolności adaptacji. Nadrukowany obwód grzania Joule'a i mikrokanalik z chłodzeniem cieczowym umożliwiają szybkie nagrzewanie i chłodzenie i pozwalają urządzeniu FRST na zakończenie cyklu zmiękczająco-usztywniającego w ciągu 32 sekund. Symulacje numeryczne służą do optymalizacji nośności i współczynników cieplnych. Wysoka obciążalność i adaptacja kształtu siłownika FRST są ostatecznie zademonstrowane za pomocą robotycznego chwytaka z trzema siłownikami FRST, które mogą chwytać i podnosić przedmioty o dowolnych kształtach i różnych ciężarach od mniej niż 10 g do 1,5 kg. "

Naukowcy wykorzystali drukarkę Stratasys J750 PolyJet 3D do produkcji czterech komponentów siłownika, używając materiału VeroClear i VeroBlack

"Po wyczyszczeniu, plaster SMP I został przeniesiony do naszego samodzielnego urządzenia DIW urządzenie do wytwarzania obiegu ogrzewania Joule'a "- napisali naukowcy. "Strzykawkę trzymano pionowo na urządzeniu DIW, a jej translacje w płaszczyźnie drukowania były uruchamiane przez liniowe stopnie ... które były precyzyjnie kontrolowane przez silniki krokowe."

3D wydrukowany segment SMP z ogrzewaniem Joule obwód umieszczono w uniwersalnym piecu w celu spiekania obwodu Ag NP przed związaniem z korpusem siłownika. W każdej przekładce pomiędzy sąsiednimi komorami powietrznymi w korpusie siłownika utworzono szczelinę w celu przyjęcia wkładki do wycinka SMP.

"Konstrukcja szczelinowa i wkładkowa zwiększyłaby wytrzymałość wiązania na styku aby lepiej ograniczyć naprężenie warstwy wierzchniej pod wpływem pompowania i uniemożliwić przepływ powietrza poza kanał centralny - wyjaśnił naukowiec.

Po wyleczeniu interfejsów, zespół przetestował, w jaki sposób wszystko było szczelne, a następnie wprowadził przewodzący prąd przewody przez kanały podstawy siłownika, które zostały połączone z obwodem grzania Joule, a następnie spiekane. Plasterek SMP II byłpołączony z arkuszem elastomerowym za pomocą VeroClear, a przetworzone części zostały połączone razem, ponownie za pomocą VeroClear.

Naukowcy wykonali wszelkiego rodzaju testy na ich miękkim siłowniku z nadrukiem 3D, w tym test DMA, testy rozciągania w 25 ° C i 70 ° C, test paska przestrajalnego pod kątem sztywności i inne. Przeprowadzono test charakterystyki na jednym obciążeniu siłownika FRST, a zespół przeprowadził również symulacje elementów skończonych, aby dowiedzieć się więcej o mechanizmie zmiany sztywności.

Naukowcy napisali: "Aby uzyskać wgląd w Potencjalnymi sposobami poprawy ładowności, symulowaliśmy badania sztywności zginania poprzez zmianę dwóch parametrów, mianowicie grubości warstwy SMP i modułu materiału w temperaturze pokojowej. "

Przeprowadzono również symulacje elementów skończonych w celu ogrzewania i chłodzenia testy, a badacze scharakteryzowali również parametry drukowania.

Dziedzina miękkiej robotyki pomaga ludziom zmienić postrzeganie robotów jako twardych, metalowych kreacji na coś bardziej płynnego i elastycznego. Poprzez swoje eksperymenty, wspólny zespół badawczy SUTD / STJU odkrył, że dzięki dodaniu polimerów z pamięcią kształtu do mieszanki, ich korpus z elektronicznym nadrukiem z miękkiego druku 3D stał się 120 razy sztywniejszy, ale bez utraty zdolności adaptacyjnych i elastyczności - dzięki czemu jest znacznie bardziej efektywny w przenoszeniu ładuje.