פרוטוקול זה מתאר שיטה לייצור מהיר של מפעילים פנאומטיים רכים ורובוטים עם גורם אחיד דק. שיטת הייצור מתחיל עם למינציה של פוליאוריטן תרמופלסטיים (TPU) גיליונות ואחריו חיתוך לייזר/ריתוך של דפוס דו מימדי כדי ליצור מפעילים ורובוטים.
פרוטוקול זה מתאר שיטה לייצור מהיר של כוננים פנאומטיים רכים ורובוטים עם מארז בצורת אולטרה דק באמצעות מכבש חום ומכונת חותך לייזר. השיטה מתחילה עם למינציה של יריעות תרמו תרמופלסטיים (TPU) באמצעות מכבש חום במשך 10 דקות בטמפרטורה של ~ 93 ° c. הבא, הפרמטרים של מכונת חותך לייזר ממוטב לייצר בלון מלבני עם מקסימום לחץ פרץ. באמצעות הפרמטרים אופטימיזציה, מפעילים רכים לייזר לגזור/מרותך שלוש פעמים ברציפות. בשלב הבא, מחט מלאה מחוברת למפעיל, ומאפשרת לו להיות מנופח. ההשפעה של פרמטרים גיאומטריים על הטיה של המפעיל נלמדים באופן שיטתי על-ידי שינוי רוחב ואורך הערוץ. לבסוף, הביצועים של המפעיל מאופיין במצלמה אופטית ומתקן נוזלי. שיטות הייצור הקונבנציונליות של מפעילים פניאומטיים רכים המבוססים על יציקת סיליקון הם זמן רב (מספר שעות). הם גם יוצרים מפעילים חזקים אך מגושם, המגבילים את יישומי המפעיל. יתר על כן, מיקרובייצור של מפעילים פנאומטיים דקים הוא זמן רב ויקר. שיטת הייצור המוצעת בעבודה הנוכחית פותרת בעיות אלה על-ידי החדרת שיטת ייצור מהירה, פשוטה וחסכונית של מפעילים פניאומטיים מתנפחים.
כצעד קדימה בייצור של כוננים פנאומטיים רכים, השיטה המוצעת ממחישה את הייצור המהיר של ודק (~ 70 μm) מפעילים פנאומטיים של פוליאוריטן תרמופלסטיים (tpu)1. מפעילים אלה שימושיים במיוחד ביישומים הדורשים את הרובוטים להיות קל ו/או בכושר בתוך חללים קטנים. יישומים כאלה יכולים להיות מדומה להיות החוצה מניפולטק כירורגי, מפעילים לבישים, החיפוש ורובוטים ההצלה, ו המעופף או שחייה רובוטים.
שיטת הייצור המקובלת של מפעילים פנאומטיים רכים דקים, אשר מבוססת על היציקה סיליקון, הוא זמן רב (מספר שעות) ומאתגר מאוד בשל הרזולוציה הנמוכה של התבניות המודפסות 3D וקשיים בדמולדינג של דק (פחות מ 0.5 מ”מ) מפעילים. במיוחד, הייצור של מפעילים דקים דורש יישום של כלים מיוחדים ושיטות2.
טכניקות מיקרוייצור ניתן לאמץ כדי להמציא מפעילים דקים3,4,5,6,7. לחילופין, איצ’י ואח ‘ פיתחו מפעילים פניאומטיים דקים באמצעות הטבעה מיקרו ממברנה8. שיטות אלו, למרות האפקטיביות, דורשות כלים יקרים וצורכת זמן רב. לכן, יש להם יישומים מוגבלים.
Paek ואח ‘ הפגינו שיטה פשוטה לייצור מפעילים רכים בקנה מידה קטן באמצעות ציפוי מטבל של תבניות גליליות2. למרות יעיל, יש שתי בעיות עם יישום נרחב של שיטה זו: ראשית, זה לא קל לשלוט על העובי של תכונות מצופה לטבול, ושנית, היישום שלה מוגבל למספר מוגבל של תלת מימדי (3D) עיצובים.
מפעילים peano9,10 ו כיס מנועים11,12 יש קומפקטית דו-ממדית (2d) עיצובים הנובעים גורמים בצורת דק (כלומר, אזורים גדולים עם עובי קטן). Veale et al מדווחים על פיתוח של מפעילים לינאריים מפלסטיק ומוצרי סיליקון מחוזקיםבסיליק1,8. ניאיאמה ואח ‘ פיתחה מנועי כיס מפותחים בסרטים תרמופלסטיים המיוצרים על ידי הטבעת חום ומערכות ציור חום11,12.
בעוד העיצוב 2D של מנועי Peano ומנועים הכיס עושה אותם דקים מאוד במצב הבלתי מחושב שלהם, על האינפלציה החדר שלהם אפס נפח מתרחב לנפח גדול יחסית, ובכך להגביל את היישום שלהם לתפעול בחללים מוגבלים כגון טיפולים העבר או חיפוש והצלה משימות1. בניגוד עיצובים אלה, הציע מפעילים רכים בשיטה הנוכחית יכול להיות הגשמה עם זנים קטנים יחסית. כך, גם במצב האקטואלי הם מאכלסים חללים קטנים יחסית1.
השלבים הקריטיים בייצור הפעילים הרכים כוללים: i) עיצוב ה-CAD הדו. פריסה דו-ממדית נכונה יכולה להכתיב את הדפורמציה של המפעיל (לדוגמה, ליניארי, מכופף, כיפוף ותנועה סיבובית). ii) למינציה של שכבות TPU. הסרטים TPU הם לחצה חום לפני חיתוך לייזר כדי לוודא את השכבות הן שטוחות במגע הרשמי בכל מקום. iii) לייזר לגזור/ריתוך. כשלב הסופי, שכבות TPU למינציה לחתוך/מרותך לתוך מפעילים רכים.
שיעור ההצלחה של הפרוטוקול יכול להפיק 100% תשואה (למשל, עשינו 20 מפעילים בו). הגורם העיקרי הוא שלב למינציה: כדי להשיג את התוצאות הטובות ביותר, TPU צריך להיות משוטח ככל האפשר לפני תהליך הלחץ החום. בדיקת אזורים שונים של לוחית הלחץ החום עם חיישן כוח עשוי להראות כי התפלגות הלחץ אינו אחיד. התפלגות הלחץ לא אחיד יכול לגרום למינציה מושלמת של גיליונות TPU, אשר בתורו תוצאות חיתוך לייזר מושלם/ריתוך ו דליפה. לחילופין, העברת חום לא אחידה עקב קמטים קטנים בסרט TPU במהלך חיתוך לייזר/ריתוך יכול לגרום לדליפה.
בהשוואה לשיטות המקובלות, השיטה המוצעת כוללת מספר יתרונות, כולל: i) עיצוב דו-ממדי פשוט. בעוד השיטה הנוכחית דורשת רק 2D עיצובים CAD לייזר לגזור/לרתך את הפעילים (דפוסים שונים זמינים1), שיטות הייצור המקובלת המבוססות על יציקת סיליקון דורשים עיצוב עובש תלת-ממדי. ii) ייצור מהיר. זמן ייצור מ-CAD עיצוב למינציה של שכבות TPU וחיתוך לייזר/ריתוך יכול לקרות בתוך מספר דקות, בעוד שיטת הייצור המקובלת ייקח מספר שעות. על-ידי מתן אפשרות לייצור מכשירים רכים ורובוטים רכים בצעד אחד, ללא הרכבה, רובוטים והתקנים רכים יכולים להיות מתוכננים משילוב של סוגים שונים של מפעילים, ומודל CAD יכול להיות לייזר לחתוך/מרותך לתוך המוצר הסופי בשלב אחד ללא צורך בהרכבה כלשהי. למשל, רובוט שוחה, מורכב ארבע רגליים כל אחד המורכב משני סוגים של כיפוף מפעילים, הוא המציא מתוך עיצוב CAD 2D בתוך כמה דקות ללא צורך בשלבי הרכבה, כפי שהפגינו בעבר1.
ככיוון עתידי של עבודה זו, סוגים שונים של חומרים תרמופלסטיים יכול להיות מאומץ עבור הייצור של מפעילים רכים. בדרך כלל, חומרים אלה צריכים להיות התנהגות אלסטית לשמש כפעילים. היישום של חומר תרמופלסטי התפר יגרום ללחץ פרץ גבוה יותר כוח חסימה גבוהה של מפעילים לעומת אלה שאפיינו בעבר איור S6 של מוע’דאם ואח ‘1, מראה כוחות עד 0.1 N. לפיכך, הוא יכול להאריך את היישום של הפעילים במקרים שבהם נדרש כוח חסימה גבוה יותר, כגון סוויטות שלד חיצוני.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים למכון דלית לדימות לב וכלי דם למימון העבודה הזאת.
Force Sensor | Omega | KHLVA-102 | https://www.omega.co.uk/pptst/KHRA-KHLVA-KHA-SERIES.html |
High Precision Dispensers Ultimus I | Nordson | http://www.nordsonefd.com/searchengines/google/en/AirPoweredDispensers/?gclid=CjwKCAjw36DpBRAYEiwAmVVDMPuZ50xXoyzK3gvnghCA7yZUfJg4o9V28yDHKjY5Gs159RJIcMk_choCJIgQAvD_BwE | |
Laser Cutter VLS2.30 | Universal Laser System | https://www.ulsinc.com/products/platforms/vls2-30 | |
PowerPress Heat Press | Power Heat Press | OX-A1 | https://www.howtoheatpress.com/power-press-15×15-heat-press-review/ |
PTFE Thread Sealant tape | McMaster-Carr | 4934A11 | https://www.mcmaster.com/ptfe-tape |
Stainless Steel Dispensing Needle | McMaster-Carr | 75165A754 | https://www.mcmaster.com/75165a754 |
Super Glue Loctite 409 | Henkel | 229654 | https://www.henkel-adhesives.com/us/en/product/instant-adhesives/loctite_409.html |
Thermoplastic polyurethane Airtech’s Stretchlon 200 | ACP Composites | v-11A | https://store.acpsales.com/products/3321/stretchlon-200-high-stretch-bag-film-60 |
Universal Testing Systems | Instron | 5943 |