基于柔性3D打印的介電驅動器件,設計了兩種代表性的柔性驅動器件,軟體魚和軟體抓手,獲得了理想的驅動效果,整個設計和測試條件為柔性器件一體化快速成型提供了參考思路,具體的研究過程如下:
設計了軟體機器魚的結構形式和驅動區域,采用“VHB-碳膏-VHB”的水下驅動形式。確定了一體化3D打印工藝,將驅動框架和柔性框架結合在一起,實現了介電薄膜(VHB)和柔性基體(TPU)的高質量粘合。
軟體魚達到了穩定的游動效杲,實現3cm/s的穩定游動速度,并進一步提出了自帶電源游動的軟體魚形式。
此次3D打印設備設計主要是針對特種工程塑料,相比于普通塑料和工程塑料,其熔點更高、流動性更差、加工環境苛刻,因此需要對普通3D打印設備進行升級改造,以適應新的加工對象。塑料的3D打印需要經過加熱熔融和熔體固化的過程,在微尺度下就是聚合物的固態-液態-固態轉變的過程。在這期間高分子結構形態受加工條件影響也發生改變,最后影響打印制品的物理性能和表面質量。特種工程塑料加工條件重點是噴頭的加熱和溫控室的調節。前者是針對固-液轉變過程,后者是針對液-固轉變過程。由于特種工程塑料熔點大多在300°C以上,結晶性差,因此需要打印機中各部件保持高性能水平,其中就包括打印噴頭、溫控室、外框架、移動組件、打印平臺等。
在此3D打印設備設計中,最后能夠滿足特種工程塑料的高質量打印無疑是一個比較大的挑戰。因為高溫加熱下的噴頭正常運行,溫控室的溫度調節,移動機構的選型都是會遇到相關的問題。此外,整體的結構設計是否緊湊合理也是一個難點,具體的設計過程還需要根據實驗來驗證。本次設計的打印設備雖然是應用于特種工程塑料,但同樣適用于柔性耗材和普通塑料耗材,只需要對打印頭進行少量改進即可。因此,此款打印設備還可用于PLA、ABS、TPU、PA、PEEK等各種類型的耗材。
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