Este método rápido utiliza un cortador láser y poliuretano termoplástico para fabricar actuadores blandos finos con geometría y tamaños arbitrarios. La principal ventaja de la técnica es que permite el diseño y fabricación rápidos de múltiples actuadores blandos delgados y prototipos de robots en paralelo. Para calibrar un sensor de fuerza que se utilizará en la prensa de calor, coloque primero una diapositiva de vidrio en el sensor de fuerza y ponga un peso sobre él.
Anote la fuerza y la resistencia del sensor y utilice una pinza digital para medir el área del sensor. A continuación, calibre el sensor dividiendo los valores de fuerza por el área medida para obtener los datos de presión y utilice una hoja de cálculo para ajustar una línea lineal a los datos de presión frente a resistencia. A continuación, coloque el sensor de fuerza entre dos capas de silicona de 50 por 50 por 3 milímetros, coloque las capas dentro de la prensa de calor y gire la perilla de presión hasta que se lea una presión de aproximadamente 200 kilopascales desde el sensor.
Para presionar el calor de las películas TPU, póngase guantes y corte cuatro capas de 30 por 30 milímetros del material. Coloque las cuatro hojas de modo que los cuatro bordes estén alineados y coloque las hojas dentro de la prensa de calor. Ajuste la temperatura de la prensa de calor a unos 93 grados Centígrados y cierre completamente la prensa de calor.
Mantenga las películas dentro de la prensa durante 10 minutos antes de abrir la prensa y retirar las películas TPU laminadas. Para determinar los parámetros óptimos del láser, utilice un programa de diseño asistido por computadora para diseñar un cuadrado con lados de 20 milímetros y un rectángulo de cuatro por ocho milímetros que actuará como la entrada del globo cuadrado. Para cortar con láser y soldar el patrón cuadrado de las capas de TPU, en el software de corte láser, establezca la velocidad y la potencia en 10% y los pulsos por pulgada a 500 para cada valor de potencia.
Corte el extremo de la entrada del globo cuadrado con tijeras e inserte una aguja dentro de la entrada del globo cuadrado. Aplique pegamento alrededor de la entrada y envuelva la entrada y la aguja con cinta de PTFE. Después de permitir que el pegamento se seque durante cinco minutos, inflar el globo con un dispensador de líquido preciso hasta que estalle para identificar la presión de ráfaga promedio del globo cuadrado.
Para fabricar el actuador, diseñe el patrón de actuador deseado utilizando software asistido por ordenador y resalte todos los segmentos del diseño. En la barra de tareas de la sección de propiedades, cambie el grosor de línea del diseño seleccionado a cero milímetros en el software y seleccione imprimir cambiando el nombre de la impresora a VLS2.30 en el menú. En la configuración de la impresora, seleccione el tamaño del papel como horizontal definido por el usuario.
Y en la sección de escala de trazado, anule la selección de la opción Ajustar al papel y escale el tamaño de la imagen a un milímetro para una unidad de longitud. En el conjunto de origen de desfase de trazado en área imprimible, compruebe el centro de la opción de trazado y pulse el botón de encendido para activar el filtro de aire. Encienda el cortador láser y en el software de corte láser, ajuste la potencia al 80% de la velocidad al 60% y los pulsos por pulgada a 500.
A continuación, utilice la herramienta de vista de enfoque para mover el puntero láser a la esquina superior izquierda y la esquina inferior derecha del patrón para asegurarse de que todo el patrón se ajuste dentro de las películas de TPU laminadas preparadas. Para enfocar la máquina láser, mueva el carro de la lente al centro de la mesa y coloque la herramienta de enfoque en la mesa. Mueva la mesa hacia arriba hasta que la parte superior de la herramienta de enfoque toque la parte frontal del carro de la lente y mueva la mesa lentamente hasta que el carro de la lente golpee la muesca de la herramienta de enfoque y golpee la herramienta hacia adelante.
Sin cambiar la posición de la hoja de TPU, disminuya la velocidad de corte láser al 55% aumente la potencia al 85% y mantenga los pulsos por pulgada a 500 y vuelva a ejecutar el láser. A continuación, ajuste la velocidad al 50% de aumentar la potencia al 90% y mantenga los pulsos por pulgada en 500 para una tercera ejecución del láser para asegurarse de que no haya fugas en el actuador. Para unir una aguja dispensadora de acero inoxidable con una conexión de bloqueo Luer, corte el extremo del actuador de globo con tijeras de entrada e inserte una aguja dentro de la entrada del actuador de globo.
Aplique pegamento alrededor de la aguja y el actuador y envuelva la cinta de PTFE alrededor de la conexión. Cuando el pegamento se haya secado, monte una cámara sobre el actuador a una distancia suficiente para que el actuador esté a plena vista de la cámara tanto en sus estados presurizados como no presurizados y sostenga el actuador en una orientación tal que su desviación al presurizar sea ortogonal a la cámara. Aumente la presión del actuador con un dispensador de fluidos preciso hasta que se desvíe a su rango completo sin estallar.
A continuación, aumente la presión del actuador hasta que alcance aproximadamente el 20% de su rango completo y observe la presión. Por último, tome una foto del actuador y utilice un programa de software de procesamiento de imágenes para medir las coordenadas X e Y de la punta del actuador en la imagen. Después de repetir la presurización y la medición de coordenadas hasta que se alcance un rango completo de desviación del actuador, trazar un gráfico XY de la desviación del actuador frente a la presión de inflado.
Las arrugas en las hojas laminadas pueden dar lugar a problemas con la unión durante el paso de corte por láser. Por lo tanto, garantizar una superficie perfectamente lisa es fundamental para obtener resultados reproducibles. Aquí, se muestra un diseño 2D del actuador neumático dibujado utilizando un programa de diseño asistido por ordenador.
Usando el corte por láser, la pila laminada de cuatro capas de TPU se puede cortar y soldar para adaptarse al diseño del actuador neumático 2D como se demuestra. Para acoplar el actuador a una unidad de suministro de aire, se puede insertar una aguja de acero inoxidable en el actuador y la interfaz del actuador y la aguja de acero inoxidable se pueden envolver firmemente con cinta de PTFE para evitar fugas. Por último, utilizando un dispensador de fluidos digital, el actuador neumático se puede inflar a una presión de cinco libras por pulgada cuadrada para permitir la observación de una desviación dentro de la región en la que se diseñó la gama de líneas.
Dados estos por los cuales su diseño puede ser iterado, esta técnica tiene el potencial de ampliar el uso de actuadores blandos delgados para muchos campos de estudios.
