Name: fabrication process of silicone-based dielectric elastomer actuators
Uploaded: 2016-02-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 32 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators at JoVE.com

This work was partially funded by the Swiss National Science Foundation, grant 200020-153122. The authors wish to thank the member&#8217;s of our soft transducers group &#8211; past and present &#8211; for their contribution to the refining of our fabrication process flow.

1. Silikon Membran Üretim <ol><li> Kurban tabaka döküm <ol><li> Rulodan yüksek kaliteli 125 um kalınlığında bir PET 400 mm uzunluğunda tabaka kesin. </li><li> (Ağırlık içinde% 5 izopropanol, poli akrilik asit) geçici çözeltisi hazırlayın: izopropanol arada 32 g ve 50 ml plastik bir tüp içinde poli akrilik asit solüsyonu (su içinde% 25), 8 gr karıştırın. İyice sallayın. </li><li> Izopropanol ile emdirilmiş tüysüz ücretsiz mendil ile PET substratı temizleyin. </li><li> Izopropanol ile emdirilmiş tüysüz ücretsiz mendil ile vakum tablo temizleyin. </li><li> Vakum masaya PET substratı Lay ve vakum pompası açın. </li><li> Görme hiçbir büyük toz parçacıkları vakum masa ve PET maddesi arasına sıkışıp emin olmak için vakum tablo inceleyin. Toz parçacıkları tespit edilirse, önceki temizlik adımları tekrarlayın. </li><li> Izopropanol ile emdirilmiş tüysüz ücretsiz mendil ile PET maddesi üst yüzeyini temizleyin. </li><li> Profil çubuk a yerleştirin5 mm / sn otomatik film kaplayıcıya ve set kaplama hızına pplicator. </li><li> Profil çubuğun önünde gözden çıkarılabilir tabaka, 2 ml solüsyon koyun ve kaplayıcı makineyi çalıştırın. </li><li> Profil çubuk kaplayıcı dışında PET tabaka lift o sona ermiş ve bir tüy bırakmayan ücretsiz sıcak suya batırılmış mendil ile silerek temizleyin zaman. </li><li> Film aplikatör geri çekin ama vakum pompası çalışmasına izin ve vakum plaka üzerinde PET alt tabakayı bırakın. 2 dakika boyunca hava içinde tabaka kurumaya bırakın. </li></ol></li><li> Silikon membran döküm <ol><li> 80 ° C&#39;ye isitin. </li><li> Silikon baz 15 g bir karıştırma kabına çapraz bağlayıcı 1,5 g ekleyin. Viskozitesini azaltmak için bir silikon çözücü 10 g ekleyin. </li><li> Bir planeter karıştırıcı ile, silikon karışımı karıştırın. 2200 rpm&#39;de 2000 rpm&#39;de 2 dakika karıştırma döngüsü artı 2 dakika gaz alma döngüsü kullanın. </li><li> 225 mikron evrensel aplikatör yüksekliğini ayarlayın. PET levha üst ve set t aplikatör yerleştirino 3 mm / sn aplikatör hızını filme. </li><li> Transferi bir şırınga ile PET maddesi üzerine karıştırma pot silikon karışımı 15 ml. </li><li> Tam PET maddesi (Şekil 4A) üzerinden silikonu uygulamak için otomatik aplikatör başlatın. </li><li> Pompayı kapatın ve 5 dakika döküm tabakasının çözücü buharlaşması izin için bekleyin. </li><li> 80 ° C&#39;de 30 dakika süre ile bir fırında bir cam plaka üzerine bir membran ve yerine aktarın. </li><li> Izopropanol ile emprenye havsız mendil ile aplikatörü ve vakum plaka temizleyin. </li><li> 30 dakika sonra, fırından membran kaldırmak kirletici yüzeyi korumak için ince bir PET folyo ile 5 dakika daha oda sıcaklığında soğumaya ve kapak bırakın. </li></ol></li></ol> Elastomerik membran 2. Yayın ve Ön gerilme <ol><li> Prestretch destek fabrikasyon <ol><li> Kuru silikon transferi yapıştırıcının rulodan bir A4 boyutunda dikdörtgen kesin. </li><li> Tek o kaldırEl koruyucu kuru silikon transferi yapışkan kapakları ve f uygulama sırasında kabarcıklarının oluşumunu önlemek için özen, bir A4 asetat film üzerine yapıştırıcıyı uygulayın. </li><li> Bir bilgisayar nümerik kontrol (CNC), lazer gravür üreticinin protokolüne göre (Şekil 4B) kullanarak yapışkan kaplı şeffaf film içine prestretch destek deseni kesin. </li></ol></li><li> Membran destek fabrikasyon <ol><li> Kuru silikon transferi yapıştırıcı rulo 290 mm dikdörtgen bir 500 mm kesin. </li><li> Soyma uzaklıkta kuru silikon transfer yapışkanı koruyucu kapakları on ve 3 mm kalınlığındaki bir poli (metil metakrilat) üzerine lamine folyo (PMMA) plaka. </li><li> PMMA çerçevede, dış çapı 52 mm ve membran sahipleri olarak hizmet verecek iç çapı 44 mm kesme halkaları. </li></ol></li><li> Membran bırakma <ol><li> Daire içine çap 55 mm adım 1 dökme silikon membran / PET tabaka sandviç Cuteter, üreticinin protokolüne uygun olarak, bir CNC lazer gravür (Şekil 4B) ile ve koruyucu bir film soyarak. </li><li> Yapışkan silikon yüzeye (Şekil 4C) ile temas halinde olduğu şekilde, aşağı kesim silikon membran daire yapışkan yüzüne destekleyen prestretch lazer kesim sabitleyin. </li><li> Kaynar su banyosu hazırlayın ve içine takımını (silikon membran ve yapışkan destek) daldırın. </li><li> Batık iken, nazikçe ve yavaşça PET tabaka uzakta silikon zarı (Şekil 4D) dan soymak. </li><li> Su banyosu silikon membran kaldırmak ve havada kurumaya bırakın ya da hızlandırmak için kurutma işlemi azot silah kullanın. </li></ol></li><li> Membran kalınlığı ölçümü ve prestretch <ol><li> Üreticinin protokolüne uygun bir iletim interferometresi zarın kalınlığı ölçülür. </li><li> 45 mm&#39;lik bir çapa prestretcher ayarlayın ve prestr yersedye parmaklar etch destek-silikon membran, aşağı yapışkan tarafı. </li><li> Sedye parmaklar (Şekil 4E) arasındaki prestretch desteği kesti. </li><li> Equi-çift eksenli prestretcher halka saat yönünün tersine (Şekil 5) döndürerek bir faktör 1.3 (% 30 prestretch) tarafından membran prestretch için 58.5 mm prestretcher çapı artırın. </li><li> Yapışkan açığa PMMA zar sahibinden kapak filmi çıkarın ve Önceden gerilmiş membran yüzeyinde (Şekil 4F) üzerine PMMA zar tutucu sopa. </li><li> Sedye gelen Önceden gerilmiş membran kaldırmak için zar tutucu etrafında kesin. </li><li> Bir iletim interferometresi ile Önceden gerilmiş membran son kalınlığını ölçün. </li></ol></li></ol> Tampon Baskı ile 3. Desenlendirme Uyumlu Elektrotlar <ol><li> İletken mürekkebin hazırlanması <ol><li> 125 ml&#39;lik plastik karıştırıcı kapta, w, siyah 0,8 gr karbon koyuni 16 g izopropanol ve 12 mm çapında 6 adet çelik topları. Bir planeter karıştırıcı içinde, 10 dakika boyunca 2000 rpm&#39;de karıştırın. </li><li> 4 gr silikon elastomer bölüm A, 4 gr parça B ve 16 gr izooktan ekleyin. Bir planeter karıştırıcı içinde, 10 dakika boyunca 2000 rpm&#39;de karıştırın. </li></ol></li><li> Tampon baskı makinesinin Kur <ol><li> Manyetik bloğu (Şekil 4G) istenilen elektrot desen klişe takın. </li><li> Iletken silikon bazlı mürekkeple mürekkep haznesi doldurun. </li><li> Mürekkep dolu mürekkep haznesi üstünde klişe bloğu (manyetik blok üzerinde sabit klişe) yerleştirin ve makineye derleme yükleyin. </li><li> Makinede silikon pedi sabitleyin. </li></ol></li><li> Hizalanma <ol><li> Yazıcı tabanındaki hizalama plakasını (Şekil 4H) yerleştirin. </li><li> Üreticinin protokolüne göre hizalama plaka üzerinde elektrot tasarımı uygulanacaktır tampon baskı makinesinde baskı döngüsü başlatın. </li><li> Görmebasılı elektrodun örtüşme ve hizalama plakasının kazınmış referans yapısını inceleyin. Herhangi bir hiza düzeltmek için xy-θ sahne taşıyın. </li><li> Hizalama plaka temizleyin ve başka elektrot yazdırın. </li><li> Görme referans yapısı ile uyum incelemek ve referans yapısı (Şekil 4H) üzerine baskılı desen mükemmel bir süperpozisyon elde edene kadar bir platform konumu ve baskı elektrotlar hareket devam. </li></ol></li><li> Uyumlu elektrotlar yazdırma <ol><li> Yazıcı üssüne Önceden gerilmiş membran yerleştirin. </li><li> Tampon baskı makine üzerinde zar üst kısmında (Şekil 4I) elektrodu damga baskı döngüsü başlatmak. Yaklaşık 4 um yeterli bir elektrot kalınlığı elde etmek için iki kez membran basar. </li><li> Yazıcı tabanından zarını çıkarın yazıcı bazında sonraki Önceden gerilmiş membran yerleştirin ve tüm Önceden gerilmiş mem kadar baskı işlemini tekrarlayınbrane&#39;ler damgalı. </li><li> 30 dakika boyunca 80 ° C&#39;de bir fırın içinde damgalı elektrot ile membranlar yerleştirin. </li><li> 30 dakika sonra, fırından membranlar kaldırmak. </li><li> Ters Yazıcı tabanı üzerinde yazılı membranların birini zar arka yüzünü açığa yerleştirin. </li><li> Desen alt elektrot baskı döngüsü başlatmak. </li><li> Yazıcı tabanından zarını çıkarın yazıcı bazında sonraki membran yerleştirin ve tüm membranlar her iki tarafta damgalı kadar baskı işlemini tekrarlayın. </li><li> Çapraz bağlantı 30 dakika taban elektrodu boyunca 80 ° C&#39;de bir fırında membranlar yerleştirin. </li></ol></li></ol> 4. Elektrik Bağlantıları Oluşturma <ol><li> Membran yuvasına (cf 2.2) için kullanılan aynı PMMA plakasında aktüatör için çerçeveyi tutan bir CNC lazer gravür kullanarak olarak hizmet verecek Kes aktüatör çerçeveler. </li><li> Peel-off aktüatör çerçevesinin üstüne yapışkan destek. </li><li> Alt elektrot ile temas eder ve bir elektrik teması sağlamak için çerçevenin tarafına katlanır aktüatör çerçeve (Şekil 3) bir parçası iletken bant 18 mm x 2.5 mm parça uygulanır. </li><li> Membran tutucu içindeki aktüatör çerçevesini kaydırın ve yavaşça aktüatör çerçevesinin yapıştırıcı sopa parmaklarıyla zarı basın. </li><li> Bir neşter ile membran tutucu ve aktüatör çerçeve arasındaki sınırda zarı kesme ve eski kaldırın. </li><li> Üst elektrodun temas bölgesi üzerinde 18 mm x 2.5 mm iletken bant ikinci parçası uygulayın. </li><li> Bir elektrik bağlantısı için iletken bandın her parçası üzerinde bir tel yerleştirin. Bir yüksek gerilim kaynağına iki teli bağlayın ve 2 kV genlikli bir 2 Hz kare sinyali uygulayın. Cihazın periyodik genişleme gözlemleyin. </li></ol>

<ol>
	<li>Pelrine, R., Kornbluh, R., Pei, Q., Joseph, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+electrically+actuated+elastomers+with+strain+greater+then+100&#37;.">High-speed electrically actuated elastomers with strain greater then 100&#37;.</a> Science. 287 (5454), 836-839 (2000).</li><li>Keplinger, C., Li, T., Baumgartner, R., Suo, Z., Bauer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Harnessing+snap-through+instability+in+soft+dielectrics+to+achieve+giant+voltage-triggered+deformation.">Harnessing snap-through instability in soft dielectrics to achieve giant voltage-triggered deformation.</a> Soft Matter. 8 (2), 285-288 (2012).</li><li>B&#246;se, H., Fuss, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+dielectric+elastomer+sensors+for+compression+load+detection.">Novel dielectric elastomer sensors for compression load detection.</a> Proc. of SPIE. 9056, 905614 (2014).</li><li>Koh, S., Keplinger, C., Li, T., Bauer, S., Suo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+Elastomer+Generators:+How+Much+Energy+Can+Be+Converted?.">Dielectric Elastomer Generators: How Much Energy Can Be Converted?.</a> IEEE. ASME. Trans. Mechatron. 16 (1), 33-41 (2012).</li><li>Carpi, F., Frediani, G., Turco, S., De Rossi, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+Tunable+Lens+with+Muscle-Like+Electroactive+Elastomers.">Bioinspired Tunable Lens with Muscle-Like Electroactive Elastomers.</a> Adv. Funct. Mater. 21 (21), 4152-4158 (2011).</li><li>Anderson, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+thin+membrane+artificial+muscle+rotary+motor.">A thin membrane artificial muscle rotary motor.</a> Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 98 (1), 75-83 (2010).</li><li>Akbari, S., Shea, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+array+of+100um+x+100um+dielectric+elastomer+actuators+with+80%+strain+for+tissue+engineering+applications.">An array of 100um x 100um dielectric elastomer actuators with 80% strain for tissue engineering applications.</a> Sens. Actuators A-Phys. 186, 236-241 (2012).</li><li>Jordi, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+planar+dielectric+elastomer+actuators+for+fish-like+propulsion+of+an+airship.">Large planar dielectric elastomer actuators for fish-like propulsion of an airship.</a> Proc. SPIE. 7642, 764223 (2010).</li><li>Maffli, L., Rosset, S., Ghilardi, M., Carpi, F., Shea, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+all-polymer+electrically+tuneable+silicone+lenses.">Ultrafast all-polymer electrically tuneable silicone lenses.</a> Adv. Funct. Mater. 25 (11), (2015).</li><li>Rosset, S., Maffli, L., Houis, S., Shea, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+instrument+to+obtain+the+correct+biaxial+hyperelastic+parameters+of+silicones+for+accurate+DEA+modeling.">An instrument to obtain the correct biaxial hyperelastic parameters of silicones for accurate DEA modeling.</a> Proc. SPIE. 9056, 90560M (2014).</li><li>Rosset, S., Shea, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+and+stretchable+electrodes+for+dielectric+elastomer+actuators.">Flexible and stretchable electrodes for dielectric elastomer actuators.</a> Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 110 (2), 281-307 (2013).</li><li>Rosset, S., O&#8217;Brien, B., Gisby, T., Xu, D., Shea, H. R., Anderson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-sensing+dielectric+elastomer+actuators+in+closed-loop+operation.">Self-sensing dielectric elastomer actuators in closed-loop operation.</a> Smart Mater. Struct. 22 (10), 104018 (2013).</li><li>Rosset, S., Shea, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+fast,+reliable,+and+manufacturable+DEAs:+miniaturized+motor+and+Rupert+the+rolling+robot.">Towards fast, reliable, and manufacturable DEAs: miniaturized motor and Rupert the rolling robot.</a> Proc. SPIE. 9430, (2015).</li><li>Poulin, A., Rosset, S., Shea, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+compression+of+small+cell+population:+Harnessing+stress+in+passive+regions+of+dielectric+elastomer+actuators.">Toward compression of small cell population: Harnessing stress in passive regions of dielectric elastomer actuators.</a> Proc. SPIE. 9056, 90561Q (2014).</li><li>McKay, T., Rosset, S., Anderson, I., Shea, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+elastomer+generators+that+stack+up.">Dielectric elastomer generators that stack up.</a> Smart Mater. Struct. 24 (1), 015014 (2015).</li><li>Araromi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rollable+Multisegment+Dielectric+Elastomer+Minimum+Energy+Structures+for+a+Deployable+Microsatellite+Gripper.">Rollable Multisegment Dielectric Elastomer Minimum Energy Structures for a Deployable Microsatellite Gripper.</a> IEEE. ASME. Trans. Mechatron. 20 (1), 438 (2015).</li><li>Romano, P., Araromi, O., Rosset, S., Shea, H., Perruisseau-Carrier, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+millimeter-wave+phase+shifter+based+on+dielectric+elastomer+actuation.">Tunable millimeter-wave phase shifter based on dielectric elastomer actuation.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (2), 024104 (2014).</li><li>Awasthi, K., Kamalakaran, R., Singh, A., Srivastava, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ball-milled+carbon+and+hydrogen+storage.">Ball-milled carbon and hydrogen storage.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 27 (4), 425-432 (2002).</li><li>Leong, C. K., Chung, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+black+dispersions+as+thermal+pastes+that+surpass+solder+in+providing+high+thermal+contact+conductance.">Carbon black dispersions as thermal pastes that surpass solder in providing high thermal contact conductance.</a> Carbon. 41 (13), 2459-2469 (2003).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transmission+Measurements+of+Polymer+Thin+Films.">Transmission Measurements of Polymer Thin Films.</a> Ocean Optics application note. , (2014).</li><li>Lotz, P., Matysek, M., Schlaak, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+application+of+miniaturized+dielectric+elastomer+stack+actuators.">Fabrication and application of miniaturized dielectric elastomer stack actuators.</a> IEEE. ASME. Trans. Mechatron. 16 (1), 58-66 (2011).</li><li>Tepel, D., Hoffstadt, T., Maas, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+manufacturing+process+for+DEAP+stack-actuators.">Automated manufacturing process for DEAP stack-actuators.</a> Proc. SPIE. 9056, 905627 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Şöyle fabrikasyon işlemi özetlenebilir. Membranın döküm için kullanılan PET maddesi uzerinde suda çözünür gözden çıkarılabilir tabakanın uygulanması başlayın. Bu durum potansiyel olarak zarın zarar verebilir salma işlemi esnasında aşırı deforme olmasını engeller. Silikon daha sonra ince bir tabaka halinde döküm ve bir fırın içinde kurutulmuştur. Silikon kaplaması ile A4 PET levha 55 mm çapında dairesel diskler halinde kesilmiş ve esnek prestretch desteklere kalmış. Prestretch destekler gözden çıkarılabilir tabaka, çözücü ve on gerdirme aşamaları esnasında zar işlemek için kullanılır. PET maddesi membranın ayırmak için, bu gözden çıkarılabilir tabakanın eritmek için sıcak su içine daldırılır. Bu işlem genel olarak zar önemli ölçüde üzerinde çekmeye kalmadan serbest sağlar. Membran ayaklı sonra, önceden gerilmiş olabilir. Ön gerilme mekanik çerçeveleri tutan sabitleme önce düzlem zarı germe oluşur. Bu adım oluşturduğuörneğin asistan olarak modu, harici gerilim zarında kuvvetleri ve düzlem dielektrik elastomer aktüatörler için gerekli olan, burada üretilen edilir. Protokol, eş-eksenli hem düzlem yönlerde, yani eşit germe değeri germe kullanın. Bununla birlikte, uygulamaya bağlı olarak, farklı bir on gerdirme yapılandırmalar tek eksenli (membran diğer yönde serbest bırakılır ise, sadece x veya y ekseni boyunca uzanan) ya da anizotropik (x ve y boyunca farklı değerler) olarak kullanılabilir. Bir teknik denilen tampon baskı tam desen tam olarak zar üzerinde mm boyutunda elektrotlar tanımlamanızı sağlar Önceden gerilmiş silikon membran üzerinde uyumlu bir elektrot kullanılır. Bu işlemde, mürekkep, bir klişe (tasarım zar 13 aktarılmadan önce, kazınmış baskılı ve daha sonra düzgün bir silikon damgasıyla klişe alınmayı hangi bir çelik levha) bir doktor bıçağı ile uygulanır. Hiçy tasarımı kendi klişe gerektirir. Bunlar geometri elektronik çizim onları üreten özel şirketlerin, sipariş edilebilir. Bir gerilebilir iletken elektrot yapmak için, bir polimerik matris içinde 18,19, tozu dağıtmak homojen siyah karbon yığılmaları kırmak ve iyi bilinen bir tekniktir bilyalı öğütme, kesme kuvvetleri kullanılarak bir silikon matris içinde karbon karası dağıtılır. Yazdırırken, tasarım membran çerçeveye bir hassas konumlandırma ve yönlendirmesinden yazdırılır önemlidir. Bunu yapmak için, hassas bir xy-θ sahne ve bir hizalama kullanın. Hizalama, membranın çerçevenin aynı şekil PMMA bir parça olup, bir CNC lazer gravür kullanarak yüzey üzerine, asitlenmiş elektrot bir tasarıma sahiptir. Membran üzerine yazdırmadan önce biz hizalamasını kontrol etmek hizalama plaka üzerinde yazdırın. Baskılı tasarım kazınmış tasarımı uymuyorsa iki tasarım Overl kadar xy-θ sahne ayarlamakap (Şekil 4 H). Protokolde, üst ve alt elektrot aynı tasarıma sahip, bu yüzden tampon baskı makinesi, iki elektrot uygulamalar arasında dokunulmaz edilebilir. Bununla birlikte, bazı durumlarda, elektrotlar geometrileri üst ve alt elektrot için farklıdır. Zarlar (adımlarla 3.4.3 ile 3.4.4 arasında, yani) Üst elektrot sertleşmesi için fırında iken bu durumda, yerine düzenlenen klişe bloğu (klişe oluşan takımını kaldırmak için gerekli olan tampografi makineden inkpot ile manyetik blok) üzerinde. Daha sonra yüklü klişe taban elektrodu tasarımlı biri için değiştirilmelidir. Klişe bloğu taşındı, çünkü ikinci elektrot tasarımı ile kazınmış bir hizalama plaka kullanarak yeni bir hizalama işlemini (adım 3.3) yapılması gerekmektedir. Her iki elektrot tatbik edildikten sonra, bunlar ön ücretleri sağlayan bir dış tahrik devresine bağlı olmasına gerekya da harekete geçirme. Uyumlu elektrotlar ve sürüş elektronik arasındaki elektrik bağlantılarını yapmak için farklı çözümler vardır. Burada, prototip için çok uygundur bir yöntem, yapışkan kaplı çerçeveleri ve iletken bant (Şekil 3) kullanılarak gösterilmiştir. Toplu üretim için, bakır yastıkları elektrotlar temas ile baskılı devre kartlarına kullanımı daha iyi bir alternatif (ticari PCB ile yapılan bir cihazın bir örnek için Şekil 10A bakınız). Süreç akışının adımların çoğu ticari ekipman veya ürünleri kullanın. Iki istisna silikon membranların ve on gerdirme adımlar kalınlığının ölçümüdür. Kalınlık ölçümü için, bir paralel beyaz ışık kaynağı (spot boyutu &lt;1 mm) membran geçme ve bir spektrometre tarafından toplanan oluşan ev yapımı beyaz ışık iletim interferometre kullanın. Bir fu olarak iletilen ışık şiddeti girişim saçaklar dönemidalga boyu nction zar 20 kalınlığının hesaplanması için kullanılmaktadır. Diğer yöntemler kalınlığını ölçmek için kullanılabilir olduğunu, fakat bunlar tahribatsız olmalıdır ve ideal olarak temassız çok ince zar deforme önlemek için. Membranların ön germe için, radyal yerinden olabilir 8 metalik parmakları oluşan ev yapımı radyal prestretcher kullanın. Prestretch destek sedye (Şekil 4E) parmakları takılıp böylece bir zar prestretch için, parmak içeri doğru hareket ettirilir. Membran prestretch için, parmak bu nedenle etkili zarın on gerdirme biaksiyal equi yol silikon membran çapı artan, dışarı doğru taşınır. Sekiz parmak olan dönme parmak radyal ayrımı (Şekil 5) tanımlayan bir halka, bağlanır. Burada sunulan bir önemli olan gibi bir etkin ve köklü akışını sahipSağlam ve güvenilir tekrarlanabilir cihazların imalatı. O seçme ve uygulama membranların özelliklerinin terzilik izin verdiği önceden yapılmış filmlerin satın karşılaştırıldığında, ince elastomer membranlar döküm, çok tasarım özgürlüğü verir. Silikon elastomerler halinde Örneğin, kopmada uzama sertliği ve farklı zincir uzunluğu ve çapraz bağlanma yoğunluğu ürünlerin seçilmesi ile seçilebilir, ve kalınlık döküm işlemi ayarlayarak değiştirilebilir. Son nokta önceden yapılmış filmler ile mümkün olmayan, bağımsız bir şekilde son membran kalınlığı ve prestretch seçmek için, örneğin sağlar. En cihazlar aynı zar üzerinde aktif ve pasif bölgeler oluşur olarak yeteneği küçük ölçekte (alt mm cm) tam desen elektrot için, aynı zamanda DEAS için önemli bir gerekliliktir. Bu elektrot şekli kesin membran üzerine tanımlanmalıdır anlamına gelir. Buna ek olarak, elektrotlar her iki tarafına uygulanan gibi olmalıdırtam olarak belirlenmiş bir biçimin yanı sıra, elektrodlar da tam olarak membran üzerinde konumlandırılmalıdır: zarın, bu birbirlerine göre iki elektrot hizalamak için gereklidir. Burada sunulan damgalama işlemi bu iki gereksinimlerini karşılamaktadır. Sadece birkaç saniye bir elektrot yazdırmak için gerekli Üstelik, tampon baskı, hızlı bir süreç olduğunu ve aktüatörler kolaylıkla toplu işlenen bu yöntemi kullanarak olabilir. Elle uygulanan yaygın olarak kullanılan karbon gres veya gevşek toz elektrotlar aksine, bizim yaklaşım tam da uygulanır hangi zara güçlü bir yapışma sunmak elektrotlar tanımlanan yol açar. Bu aşınmaya karşı son derece dayanıklıdır ve zar 13 aynlmasının edilemez. Membran ile temas tek parça yumuşak bir silikon damga çünkü tampon baskı bir temas yöntemi olmasına rağmen, o ince ve kırılgan silikon zarları üzerinde mürekkep uygulamak için kullanılabilir. Ancak, mühür ve tarihleri ​​arasında bazı kaçınılmaz yapışma vardamga geri yukarı doğru hareket kez zarında hafif bir deformasyona neden e membran. Membran çok inceyse, bu zarın patlamasına yol açabilir. Bu etkin daha kalın 10 mikron membranlar için tampon baskı yönteminin uygulanmasını sınırlamaktadır. Ince zarlar için, temassız desen yöntemleri, mürekkep püskürtmeli baskı gibi, kullanılmalıdır. DEAS fazla 15 yıldır üzerinde çalışılan olmasına rağmen, bugünün deas çoğu hala elle uygulanan gres elektrotlar ile birlikte hazır poliakrilat filmler dayanmaktadır. Bu el yapımı yöntemler DEAS zorlanma ve güç tüketimi bakımından DEAS ilginç performansa rağmen, sanayi tarafından sınırlı kabulü ile, laboratuvar prototip devlet çoğunlukla kalmasına neden olmuştur. Güvenilir üretim süreçleri zaten yayınlanmış olmasına rağmen, onlar adanmış otomatik kurulumları 21,22 ile elde edilen unprestretched, yığılmış kasılma aktüatör imalatı ilgilidir. Prkapsayabilecektir burada sunmak bir DEA imal etmek gerekli önemli adımlar tüm açıklar ve kolayca tanımlanmış bir hedef uygulama uyacak şekilde tatbik edilebilir çok yönlü çok amaçlı bir süreçtir akar.

Dielektrik elastomer dönüştürücüler (DETs) dolayısıyla lastik kapasitör 1 oluşturan, iki uyumlu elektrotlar arasında sıkışmış (genellikle 10-100 mikron kalınlığında) bir elastomerik dielektrik membran oluşan yumuşak cihazlardır. DETs çok büyük suşları üretme yeteneğine sahip aktüatörler olarak kullanılabilir, 2 yumuşak suşu sensörleri 3, ya da yumuşak güç jeneratörleri 4 (en 1,700% yüzey gerilme ortaya konmuştur). Aktüatörler olarak kullanıldığında, bir voltaj iki elektrot arasına tatbik edilir. Oluşturulan elektrostatik kuvvet (Şekil 1) 1 yüzey alanı kalınlığı indirgeme ve artan dielektrik membran sıkar. Tahrik düzeneğine ek olarak, aynı temel yapı, (ince esnek bir membran ve esneyebilen elektrotlar) mekanik deformasyon ile indüklenen kapasitans değişikliği yararlanarak, şekil değiştirme sensörü veya enerji hasat cihazı olarak kullanılabilir. Dielektrik elastomer a tarafından oluşturulan büyük suşlarıctuators (DEAS) ve yumuşak ve uyumlu bir doğal tür balık benzeri zeplin 8 ilham biyo elektriksel olarak ayarlanabilen lens 5, döner motor 6, deforme olabilen hücre kültürü cihazları 7, ve tahrik gibi birçok uygulamalar için kullanılmaktadır. Çok büyük tahrik suşları 1 sergilemek gösterdi olmuştur çünkü çoğu DETs literatürde rapor, dielektrik elastomer zar olarak VHB adlı 3M tescilli akrilik elastomer filmi kullanın. Film formunda bu malzemenin kullanılabilirliği (harekete zorlanma kenara), bu tür kendi tepki hızını sınırlayan mekanik kayıplar ve viskoelastik sürünme gibi önemli sakıncaları bir dizi olsa bile, aynı zamanda DET uygulamalar için yaygın olarak kullanılan önemli bir faktördür küçük bir çalışma sıcaklığı aralığı ve kocaman bir eğilimi. Buna karşılık, silikon elastomerler, aynı zamanda 1000 kat daha hızlı bir yanıt hızı ile cihazlara yol DETs dielektrik zar olarak kullanılabilirnedeniyle çok azaltılmış mekanik kayıplar 9 akrilik elastomerler, daha. Buna ek olarak, ek tasarım özgürlüğü verir sertliklerine geniş bir ürün yelpazesi içinde bulunmaktadır. Bununla birlikte, silikon, genellikle DETs kullanılmak üzere ince zarlarına uygulanması gereken yapışkan bir baz formunda, satılmaktadır. Diyaframın kalınlığı serbestçe seçilebilir ve üretici tarafından değil olarak önceden yapılmış filmler için olduğu gibi, ancak, bu, henüz serbestlik ek derecesi sağlar. Bu protokol bir dielektrik elastomer aktüatör imalatı gösterir. Bununla birlikte, aynı zamanda enerji hasat cihazları ve şekil sensörleri de dahil olmak üzere daha geniş bir anlamda bir dielektrik elastomer dönüştürücüler, imalatı için bir değişiklik için çok az uygulanabilir. Burada suda çözünür gözden çıkarılabilir tabaka ile kaplanmış esnek PET yüzeylerde ince (10-100 um) silikon filmlerin geniş bir alanı (A4) dökme için bir yöntem sunulmaktadır. Kurban tabaka kuvvetleri req azaltırBöylece serbest bırakılması sırasında membranın mekanik deformasyon azaltarak, alt tabakadan silikon zarı ayırmak için edinilmiş. Filmin deformasyon nedeniyle strese bağlı yumuşatıcı (Mullins etkisi) için anizotropik mekanik özellikleri neden olabilir ve bu nedenle de 10 kaçınılmalıdır. Elektrotlar bir DET ikinci kilit bileşenidir. Onların rolü Elastomerik membran yüzeyinde elektrik yüklerini dağıtmaktır. Güvenilir bir aktüatörü üretmek için, elektrotlar, bozundurucu çatlama delaminating, veya iletkenlik kaybetmeden 20% &#39;den daha yüksek bir tekrar suşları dayanabilmesi gerekir; mekanik yapısı 11 kuvvetlendirecekti olarak ayrıca, onlar uyumlu olmalıdır. Uyumlu elektrotlar yapmak için var farklı teknikler arasında, el-uygulamalı karbon siyahı parçacıkları ya da karbon gres iki en yaygın olarak kullanılan yöntemler 11 vardır. Bununla birlikte, bu yöntemler, çok az olumsuz yönleri vardır: elle uygulama cihazının küçültülebilmeleri önlenmektedirs, tekrarlanamadı sonuçlara yol açar ve zaman alıcıdır. Buna ek olarak, karbon tozu veya yağ zara bağlı değildir ve bu yöntem ile üretilen elektrotlar aşınma ve mekanik aşınmaya tabi tutulur. Ayrıca, yağ halinde, bağlanma sıvısı dielektrik dokudan içine nüfuz ederler ve mekanik özelliklerini değiştirebilir. Enkapsüle karbon tozu veya gres elektrotların ömrü dolayısıyla oldukça kısadır. Burada, bu şekilde 0,5 mm&#39;ye özelliklere sahip hızlı ve yeniden üretilebilir bir desen hassas elektrotlar sağlayan, hassas bir tasarım yumuşak silikon damga vasıtasıyla zara transfer edildiği bir damgalama tekniği isimli tampon baskı ile uyumlu elektrot model vermenin sunulmuştur. Uygulanan çözelti, onları çok esnek ve mekanik aşınmaya karşı dirençli ve yıpranmaya kılmak suretiyle, bir elastomerik zara güçlü yapışma ile tedavi elektrotlara gelen, uygulama sonrasında çapraz-bağlanmış olan bir silikon matris içinde karbon siyahının bir karışımından oluşur. Aşağıdaki protokol tam desenli uyumlu elektrotlar ile hızlı ve güvenilir DEAS üretimi için gerekli olan tüm adımları açıklar. Bu elektrotlar, montaj, elektrik bağlantısı ve test membran döküm ve on gerdirme, desenlendirme ve hizalama içerir. Şekil 2 &#39;de gösterildiği gibi video amaçla, bir dişli şeklindeki elektrot ile basit bir düzlem aktüatörü imal. Motor, iki uygun elektrot desenli olduğu bir membran tutucu üzerinde gerilmiş ince silikon membran oluşur. Gibi bir otomatik mekanizma çerçevesi sonra alt elektroda elektriksel teması sağlamak için eklenir. 3 aktüatörün farklı bileşenlerle montaj takımımın bir dağıtılmış görünüşünü göstermektedir. Video gerçekleşen cihaz DEAS temel prensibini gösteren dışında hiçbir pratik uygulama olmasına rağmen, özel uygulamalar hedefleyen farklı aktüatörler gibi aynı işlemi kullanılarak yapılmıştırvb yumuşak kıskaçlar, ayarlanabilir lensler, ayarlanabilir mm dalga faz kaydırıcı olarak

<table><tbody><tr><td>High quality PET substrate, 125&amp;nbsp;&amp;#956;m thick</td><td>DuPont Teijin</td><td>Melinex ST-506</td><td>low surface roughness and absence of defects</td></tr><tr><td>Isopropanol 99.9%</td><td>Droguerie Schneitter</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly(acylic acid) solution (25%)</td><td>Chemie Brunschwig</td><td>00627-50</td><td>Mw=50&amp;nbsp;kDa</td></tr><tr><td>Automatic film applicator</td><td>Zehntner</td><td>ZAA 2300</td><td>with vacuum table</td></tr><tr><td>Profile rod applicator</td><td>Zehntner</td><td>ACC378.022</td><td>22.86 &amp;#956;m</td></tr><tr><td>Oven</td><td>Binder</td><td>FD 115</td><td></td></tr><tr><td>Dow Corning Sygard 186 silicone kit</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 186</td><td>silicone used for casting membranes</td></tr><tr><td>Dow Corning OS-2 silicone solvent</td><td>Dow Corning</td><td>OS2</td><td>environmentally-friendly solvent. Mixture of 65% Hexamethyldisiloxane and 35% Octamethyltrisiloxane</td></tr><tr><td>Thinky planetary mixer</td><td>Thinky</td><td>ARE-250</td><td></td></tr><tr><td>container PE-HD 150 ml</td><td>Semadeni</td><td>1972</td><td>Container to mix the silicone for the membrane</td></tr><tr><td>Medical grade 125&amp;nbsp;ml PP wide mouth jar with cap</td><td>Thinky</td><td>250-UM125ML</td><td>Container to mix the ink</td></tr><tr><td>Bearing-Quality steel balls 12 mm</td><td>McMaster-Carr</td><td>9292K49</td><td></td></tr><tr><td>Universal applicator with adjustable gap</td><td>Zehntner</td><td>ZUA 2000.220</td><td></td></tr><tr><td>Transparency film for overhead projector</td><td>Lyreco</td><td>978.758</td><td></td></tr><tr><td>Dry silicone transfer adhesive (roll)</td><td>Adhesive Research</td><td>Arclear 8932</td><td></td></tr><tr><td>poly(methyl methacrylate) plate 500&amp;nbsp;mm x 290&amp;nbsp;mm x 3&amp;nbsp;mm</td><td>Laumat</td><td>Plexi 3mm</td><td></td></tr><tr><td>Prestretching rig</td><td>&quot;home made&quot;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>USB spectrometer for visible light</td><td>Ocean Optics</td><td>USB4000-VIS-NIR</td><td>Spectrometer for the thickness measurement</td></tr><tr><td>Tungsten halogen white light source</td><td>Ocean Optics</td><td>LS-1</td><td>Light source for the thickness measurement</td></tr><tr><td>400 micrometer optical fiber</td><td>Ocean Optics</td><td>QP400-2-VIS-NIR</td><td>Optical fiber on the spectrometer side for the thickness measurement</td></tr><tr><td>600 micrometer optical fiber</td><td>Ocean Optics</td><td>P600-2-VIS-NIR</td><td>Optical fiber on the light source side for the thickness measurement</td></tr><tr><td>Carbon black</td><td>Cabot</td><td>Black Pearl 2000</td><td></td></tr><tr><td>Silicone Nusil MED-4901</td><td>Nusil</td><td>MED-4901</td><td>silicone used in conductive ink</td></tr><tr><td>Pad-printing machine</td><td>TecaPrint</td><td>TCM-101</td><td></td></tr><tr><td>Thin steel clich&amp;eacute; 100&amp;nbsp;mm x 200&amp;nbsp;mm</td><td>TecaPrint</td><td>E052 100 200</td><td>Steel plate etched with the design you need to print. The etching is performed by the company selling the clich&amp;eacute;.</td></tr><tr><td>96 mm inkcup</td><td>TecaPrint</td><td>895103</td><td>Component of the pad printing machine in which the ink is contained</td></tr><tr><td>Soft silicone 30&amp;nbsp;mm printing pad</td><td>TecaPrint</td><td>T-1013</td><td>Printing pad for the pad printing machine</td></tr><tr><td>60 W CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; Laser engraving machine</td><td>Trotec</td><td>Speedy 300</td><td>To cut frames and foils</td></tr><tr><td>Carbon conductive tape</td><td>SPI supplies</td><td>05081-AB</td><td>For electrical connections to the electrodes</td></tr><tr><td>4 channels 5 kV EAP controller</td><td>Biomimetics laboratory</td><td></td><td>low power high voltage source to test the actuators. http://www.uniservices.co.nz/research/centres-of-expertise/biomimetics-lab/eap-controller</td></tr></tbody></table>

fabrication process of silicone-based dielectric elastomer actuators

Bu katkı dielektrik elastomer dönüştürücüler (DETs) ait üretim süreci gösteriyor. DETs iki uyumlu elektrot arasına yerleştirilmiş bir elastomerik dielektrik dokudan oluşan gerilebilir kapasitörlerdir. Bu dönüştürücüler büyük tahrik suşları aktüatörler olarak kullanıldığında (300% alan suşu) ve bunların yumuşak ve uyumlu doğa elektriksel olarak ayarlanabilen optik, dokunsal geribildirim cihazların, dalga enerji hasat, deforme olabilen hücrenin de dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesi için istismar edilmiştir -kültür cihazlar, uyumlu tutucular ve biyo-ilham balık gibi zeplin ve tahrik. Çoğu durumda, DETs bir ticari markalı akrilik elastomer ve karbon tozu veya karbon yağ elle uygulanan elektrotlar ile yapılır. Bu kombinasyon viskoelastik sürünme ve kısa bir ömür boyu sergileyen olmayan tekrarlanabilir ve yavaş aktüatörler yol açar. Biz burada ince elastomer silikona dayalı DETs tekrarlanabilir üretimi için komple bir süreç akış sunuyoruzİnce silikon membranların membran bırakma ve on gerdirme, sağlam uyumlu elektrotlar, montaj ve test desen döküm dahil e filmler. Membranlar Yayım kolaylığı için bir suda-çözünür gözden çıkarılabilir tabaka ile kaplanmış esnek bir polietilen tereftalat (PET), substratlar üzerine dökülür. Elektrotlar, bir silikon matris içine dağıtılmış, karbon karaları taneciklerinin oluşur ve uygulanan üzerinde dielektrik dokudan yüksek bir yapışma sunmak uyumlu elektrotlar tam olarak tanımlanmış yol açan bir damgalama teknik kullanılarak desenli.

Silikon membran döküm Silikon membranlar PET maddesi salınır ve (adım 2.2 sonunda), bir çerçeve üzerinde bağlantısız sonra, kalınlıkları 6 Şekil. Iletim interferometre, örneğin ölçülen genişliği boyunca bir silikon tabakasının kalınlığı homojenliğini gösterir edilebilir 1 mm / sn bir döküm hızında 3 farklı etkin aralık yüksekliklerine (50, 100 ve 150 um), 200 mm PET alt-tabakanın (not uygulama PET maddesi daha geniş olduğu için bu, ilgili uygulama dinlenme ayak Şekil 4A&#39;da görüldüğü gibi PET maddesi kendisinde vakum olup. aplikatör ve alt-tabaka arasında etkili bir aralık uygulama yüksekliği eksi PET alt-tabakanın kalınlığına eşittir. 125 um Örneğin, bir alt-tabaka ve PET protokolü kullanılan 225 um&#39;lik bir uygulama yüksekliği), 100 um etkili bir boşluk olur. İçin50 mikron etkili boşluk yüksekliği, silikon tabakanın sol ve sağ tarafı arasında bir açık yükseklik farkı vardır. Uygulayıcının yüksekliği sol ve sağ tarafta elle yapılması gerekir, çünkü bu ve bazı hata kaçınılmazdır. Ancak, aplikatörün dikkat ayarı ile, genellikle 100 um etkili bir aralık yüksekliğinin (σ = 0,81 um) için durum az 1 um bir kalınlık standart sapma ile membranlar elde. Aplikatör yüksekliği çok büyük olduğunda 150 um (Şekil 6) arasında etkili bir boşluk döküm zarın görülebildiği gibi, dalgalılık, silikon karışımının çözücü buharlaşmasıyla meydana gelen membran görünmesini başlar. Elde edilen kuru film kalınlığına ve uygulama yüksekliği arasındaki ilişki silikon karışımının ve döküm hızına bağlıdır. Bu yazıda kullanılan silikon karışımı, 2-parça silikon oluşur ve bir çözücü vi azaltmak içinKarışımın scosity. Çözücü sertleşmeden önce membran buharlaşır gibi, film kalınlığının bir tahmin silikon karışımı içinde katı hacim fraksiyonu etkili bir boşluk yüksekliği çarpımı ile elde edilebilir. Bununla birlikte, bir menisküs oluşmasını ve beklenenden daha ince bir kalınlığa gelen uygulayıcının arka dinamik etkileri vardır. Boşluk yüksekliği ve elde edilen kuru membran kalınlığı arasındaki ilişki döküm hızı, aplikatör yüksekliğine bağlıdır ve aplikatör şekli ile. Şekil 7 bu parametreler nasıl etkilediğini göstermek için membranlar farklı hızlarda ve yüksekliklerde dökülmüştür bir deney sonuçlarını gösterir kuru film kalınlığı. Bu yüksek hızlarda, döküm ince zarlara yol açtığı ve hız etkisi aralık yüksekliği arttıkça daha belirgin hale gelir olduğu görülebilir. Aktivasyon Performansı Burada imal aktüatör kuv ile karakterize ediliruygulanan voltajın bir fonksiyonu olarak dişli-benzeri elektrodun dış çapa ing. Sabit standın üzerine bir kamera gerilimi arttıkça aktüatör fotoğraflarını çekmek için kullanılır. Görüntüler aktüatör genişlemesini ölçmek için bir görüntü işleme komut (Vizyon, National Instruments) ile analiz edilir. Bu elektrodun gibi cog dış çevresine bir daire (Şekil 8) takarak yapıldı. Rahat durumdan dairenin çapı artışı (örneğin, rahat bir aktüatör çapı tarafından bölünen herhangi çalıştırılan çap) çapsal bir esneme olarak sunulmuştur. Aynı kalınlığa (34,5 um) iki ayrı aktüatörler Sonuçlar Şekil 8&#39;de gösterilmektedir. Her iki cihaz 4 kV bir harekete geriliminde% 10 çapsal esneme ile aynı şekilde yerine getirir. Aktüatörün cevap hızı yaklaşık% 4 bir suşuna gelen, 3 kV 2 Hz kare sinyal uygulanarak ölçüldü. Actu genişlemesiator 0,25 msn bir zaman çözünürlüğü ile yüksek hızlı bir kamera ile çekildi. Yükselen kenar sonra voltaj tetik önce 200 kare (50 msn), 200 kare ile, yakalandı. Daha sonra zamana bağımlı deformasyon ayıklamak için analiz görüntüleri (Şekil 9). Yükselme zamanı (son deformasyon% 90 ulaşmak için gereken süre) 3.75 msn, ve hangi saatlerini yükselmesi akrilik elastomerler, membranların olarak kullanıldığında gözlenir aksine ne gözlenebilir viskoelastik sürünme, öncesi ve gerilim aşamasından sonra orada saniyelik birkaç yüz, genellikle 12 görülmektedir. Diğer cihazlara proses akışının uygulanması Bu makalede üretilen aktüatör eden üretim süreci, hem de bir gerilim uygulanması üzerine elektrot yüzey alanında bir artış ile, bir DEA temel çalışma prensibi gösterilmiştir, ve bu nedenle bu eğitim için iyi bir gösterimidir. Bununla birlikte, buaktüatör bir DEA harekete prensibini gösteren başka hiçbir belirli bir amacı vardır. Bununla birlikte, burada sunulan işlem çok yönlüdür ve özel uygulamalar yönelik seçenek dönüştürücüler ve çeşitli üretmek için kullanılabilir. Biz burada biz aktüatör dayalı sunulan metodoloji kullanılarak imal geliştirilen uygulamaların bir kaç seçilmiş örnekleri sunuyoruz. Yumuşak biyo-ilham ayarlanabilir lens (Şekil 10A) imal edilmiştir. Bu az 200 mikro-saniye 9&#39;da% 20 odak uzaklığının değiştirilmesi yeteneğine sahiptir. Cihaz, yeterli malzeme ve iyi imalat süreçlerinin kombinasyonu hızlı tepki hızları ve uzun ömürlü olan DEAS neden olduğunu göstermektedir harekete performansı gözle görülür azalma olmadan 400 milyondan fazla döngüleri için harekete geçirilebilir. Benzer geometri lensleri ancak VHB bant genişliği daha küçük büyüklük fazla 3 emir var yaygın olarak kullanılan ticari akrilik elastomer kullanılarak yapılan <s&gt; 9 kadar. Ped baskı ile uyumlu elektrotlar desenlendirme böylece aynı zar üzerinde bağımsız küçük ölçekli elektrotların imalat sağlayan çok hassas tanımlı elektrotlar yapma olanağı sağlar. Bu, üç elektriksel olarak bağımsız elektrotlar (Şekil 10B) içeren bir DEA tabanlı döner motor imalatı ile gösterilmiştir örneğin şöyledir. Motorun merkezinde ekseni ve dayanıklı kütle 1500 rpm 13 dönmeye olabilir. Motor kavramı da güvenilir çalıştırıcıları üretebilir tampon baskı göstermek için ileri itti olmuştur. Kendinden Geçirme haddeleme robot dairesel bir parça (Şekil 10C) boyunca tur çalıştırmak için inşa edilmiştir. Robot 15 cm / sn 13 ortalama hızda fazla 25 km gitti. Bu işlem (ya da bunun küçük farklılıklar) ile üretilen diğer uygulamalar deforme olabilen, hücre kültür sistemleri 14, Dielektrik elastomer jeneratörler bulunmaktadır <s&gt; 15 yukarı, çok kademeli yumuşak kıskaç 16 veya ayarlanabilir mm dalga radyo frekansı faz kaydırıcılar 17. <img alt="figür 1" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig1.jpg" /> Dielektrik elastomer aktüatörler Şekil 1. Temel prensip En:. En basit şekliyle (1A), DEA iki uyumlu elektrotlar arasında sıkışmış bir yumuşak elastomer membran oluşur. DC gerilim, elektrotlar arasındaki uygulandığı zaman elektrotlar bir kalınlık azalmasına ve bir yüzey genişlemesine yol açan, bir membran çabucak sıkacak bir sıkışma stresi yarattığı üzerine (1 B), elektrostatik yükler getirdi. Alt: (2A) protokol açıklanan ayar elemanı, bir çerçeve üzerinde uzatılmış bir membran içerir. Dairesel elektrotlar veya elektrik bağlantısı sağlamak için zarın sınırına uzantılı zarın her iki tarafında bulunmaktadır. Aktif area iki elektrot üst üste bölge, yani merkezde daire olduğunu. Bir gerilim uygulandığında (2B), elektrostatik kuvvet zarı sıkıştırır. Bu, aktif bölgede membran kalınlığında bir azalma ve elektrot yüzeyinin bir artışa neden olur. Membran önceden gerilmiş olduğundan, elektrodun etrafında pasif bölge, merkezi aktif bölgenin genişleme karşılamak için gevşer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53423/53423fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/53423/53423fig2.jpg" /> . Şekil bu protokolde imal 2. Demonstrator aktüatör Sol: Bir çerçeve üzerinde sabitlenmiş bir gerilmiş silikon membran içeren bitmiş cihaz, uyumlu elektrot çifti her iki zarın iki tarafında ve elektrik bağlantıları desenli. Right: bekleme durumu (siyah) gösteren kompozit görüntü ve aktif devlet (camgöbeği). Yapının çapı bir% 10 artış elektrotlar genelinde uygulanan 4 kV ile izlenmektedir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53423/53423fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53423/53423fig3.jpg" /> Şekil 3. aktüatör görünümünü Exploded. Videoda üretilen çalıştırıcıyı oluşturan farklı bileşenleri. Membran tutucu Önceden gerilmiş silikon membran muhafaza ve elektrot baskı aşaması esnasında zar işlemek için kullanılır. Elektrotlar tedavi edildikten sonra, aktivatör çerçeve membranı tutucu içine yerleştirilebilir ve aktüatörü tutmak için bir çerçeve parçası ve alt elektrod aracına bir elektrik temas hem de sağlamaktadır. Membran aktüatör çerçeveye sabitlendikten sonra, membrane tutucu çıkarılabilir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53423/53423fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53423/53423fig4.jpg" /> Üretim işleminin Şekil 4. bakış. Bir otomatik film uygulama kaplayıcı kullanılarak silikon membran (A) Döküm. Tedavi silikon membran ve prestretch desteklerin (B) Lazer kesim. (C) prestretch destek silikon membran yerleştirilmesi. Sıcak suda PAA kurban tabakanın eriterek PET maddesi silikon membran bırakılması (D). Parmak bağlama prestretch destek bölümlerinin (E) kesme. (F) Prestretch ve membran yüzeyine membran yuvasının yapışan. (G) Klişe koşul ile doluuctive mürekkep. (H) Lazer içerlek rakam iyi hizalanmış elektrodun örneğini gösterir, elektrot hizalama kazınmış. (I) Silikon membran damgalı elektrot ile. (J) Biten bir cihaz. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53423/53423fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53423/53423fig5.jpg" /> Membran prestretcher Şekil 5. Çalışma prensibi. (A) Çeşitli metal parmaklar plastik bir halka eklenmiş ve uzunlukları boyunca bir doğrusal (radyal) bir şekilde hareket ettirmek için sınırlıdır. Halka dairesel hareket kısıtlanır. Plastik halka parmak metal pimler bulundukları içine içine işlenmiş yuvaları, çeşitli kavisli etti. Parmakların kenarını saran bir dairenin yarıçapı R1<html> . (B) prestretcher anulus parmak sınırlayıcı dairenin yarıçapını arttırarak, saat yönünün tersine, parmaklar aynı anda tercüme döndürülmüş R 2 R 1 den kenarları olan. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53423/53423fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/53423/53423fig6.jpg" /> Döküm silikon tabakaların Şekil 6. kalınlığı homojenlik. 200 mm PET alt-tabakanın genişliği boyunca vulkanize silikon membran kalınlığı ölçümü, uygulayıcının, üç farklı aralık ayarları için. Döküm hızı 1 mm / sn dir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53423/53423fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> İçerik &quot;fo: keep-together.within sayfa =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/53423/53423fig7.jpg" /> Döküm parametrelerinin bir fonksiyonu olarak 7. Kuru film kalınlığı Şekil. Kuru film kalınlığı hacimce% 62 katı içerikli bir silikon-çözücü karışımı için farklı aplikatör yükseklikleri ve hız için elde edilmiştir. Daha yüksek hız, eşit aplikatör ayarları için ince zarlara açar ve artan membran kalınlığı ile hız artar etkisi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53423/53423fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 8" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig8.jpg" /> Şekil göstericinin 8. çalıştırılması. 34,5 um (prestretch sonra) bir kalınlıkta olan iki cihaz uygulanan voltajın bir fonksiyonu olarak dış çaptan uzanır. Yaklaşık 1 çapının artış% 0 maksimal uygulanan gerilimde gözlenmektedir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53423/53423fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 9" src="/files/ftp_upload/53423/53423fig9.jpg" /> Bir voltaj adımı girişine Şekil 9. Şekil değiştirme tepkisi. Kare, 3 kV 2 Hz sinyali yaklaşık% 4 (Şekil 8 e bakınız) bir yük üreten cihaza uygulanır. Alan genişletme saniyede 4000 kare bir yüksek hızlı kamera ile izlenmektedir. Aktüatör nihai boyutunun% 90 ulaşması için daha az 4 msn sürer. Geçişten sonra, aktüatör boyutu sabit kalması ve viskoelastik sürünme görünmüyor öncesi ve. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53423/53423fig9large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Sunulan işlem akışı ile yapılan 10. Dielektrik elastomer aktüatörler rakam. Bu belgede açıklanan metodoloji izleyerek yapılan dielektrik elastomer aktüatör üç örnek. Az 200 mikro-saniyeye% 20 odak uzunluğunu değiştirme yeteneğine sahip (A) Hızlı ve yumuşak ayarlanabilir lens. 1500 rpm&#39;de dönen yetenekli (B) Döner elastomer mikro motor. (C) Kendi Geçirme haddeleme robotu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53423/53423fig10large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators at JoVE.com

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

Silikon tabanlı Dielektrik Elastomer Aktüatörler Fabrikasyon Süreci

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

fabrication-process-of-silicone-based-dielectric-elastomer-actuators

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Unit 1

Capacitance

SCIENTISTS IN ACTION

33.5K Görüntüleme.  Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

Video: Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

Microfabricated Platforms for Mechanically Dynamic Cell Culture

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or fundamental cell biology studies is limited by current bioreactor technologies, which cannot simultaneously apply a variety of mechanical stimuli to cultured cells. In order to address this issue, we have developed a series of microfabricated platforms designed to screen for the effects of mechanical stimuli in a high-throughput format. In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and further demonstrate how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

Mekanik Dinamik Hücre Kültürü için Microfabricated platformlar

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or ...

Biyomühendislik

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays. Robust flow control and precise fluidic volumes are two critical requirements for these applications. We have developed microfluidic chips featuring elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS) microvalve arrays that: 1) need no extra energy source to close the fluidic path, hence the loaded device is highly portable; and 2) allow for microfabricating deep (up to 1 mm) channels with vertical sidewalls and resulting in very precise features.

The PDMS microvalves-based devices consist of three layers: a fluidic layer containing fluidic paths and microchambers of various sizes, a control layer containing the microchannels necessary to actuate the fluidic path with microvalves, and a middle thin PDMS membrane that is bound to the control layer. Fluidic layer and control layers are made by replica molding of PDMS from SU-8 photoresist masters, and the thin PDMS membrane is made by spinning PDMS at specified heights. The control layer is bonded to the thin PDMS membrane after oxygen activation of both, and then assembled with the fluidic layer. The microvalves are closed at rest and can be opened by applying negative pressure (e.g., house vacuum). Microvalve closure and opening are automated via solenoid valves controlled by computer software.

Here, we demonstrate two microvalve-based microfluidic chips for two different applications. The first chip allows for storing and mixing precise sub-nanoliter volumes of aqueous solutions at various mixing ratios. The second chip allows for computer-controlled perfusion of microfluidic cell cultures.

The devices are easy to fabricate and simple to control. Due to the biocompatibility of PDMS, these microchips could have broad applications in miniaturized diagnostic assays as well as basic cell biology studies.

We demonstrate protocols for manufacturing and automating elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS)-based microvalve arrays that need no extra energy to close and feature photolithographically defined precise volumes. A parallel subnanoliter-volume mixer and an integrated microfluidic perfusion system are presented.

Elastomerik Mikrovalf Diziler Kontrollü mikroakışkan Chips

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays.  ...

Biyoloji

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation usually consists in the formation of droplets containing low molar mass liquid crystals at elevated temperatures. Subsequently, these particle precursors are oriented in the flow field of the capillary and solidified by a crosslinking polymerization, which produces the final actuating particles. The optimization of the process is necessary to obtain the actuating particles and the proper variation of the process parameters (temperature and flow rate) and allows variations of size and shape (from oblate to strongly prolate morphologies) as well as the magnitude of actuation. In addition, it is possible to vary the type of actuation from elongation to contraction depending on the director profile induced to the droplets during the flow in the capillary, which again depends on the microfluidic process and its parameters. Furthermore, particles of more complex shapes, like core-shell structures or Janus particles, can be prepared by adjusting the setup. By the variation of the chemical structure and the mode of crosslinking (solidification) of the liquid crystalline elastomer, it is also possible to prepare actuating particles triggered by heat or UV-vis irradiation.

This article describes the microfluidic process and parameters to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. This process allows the preparation of actuating particles and the variation of their size and shape (from oblate to strongly prolate, core-shell, and Janus morphologies) as well as the magnitude of actuation.

Sıvı kristal Elastomer aktüatörler mikrosıvısal hazırlanması

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation ...

Kimya

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending deformation and low input. However, their monotonous bending motion form in two-dimensional (2-D) space keeps them away from wide applications. This paper presents a detailed fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers, to explore their motions in three-dimensional (3-D) space. The design of oblique chambers enables actuators with tunable coupled bending and twisting capabilities, which gives them the possibility to move dexterously in flexible manipulators, to become biologically inspired robots and medical devices. The fabrication process is based on the molding method, including the silicone elastomer preparation, chamber and base parts fabrication, actuator assembly, tubing connections, checks for leaks, and actuator repair. The fabrication method guarantees the rapid manufacturing of a series of actuators with only a few modifications in the molds. The test results show the high quality of the actuators and their prominent bending and twisting capabilities. Experiments of the gripper demonstrate the advantages of the development in adapting to objects with different diameters and providing sufficient friction.

Here we present a fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers. The actuators are capable of generating coupled bending and twisting motions, which broadens their application in soft robotics.

Yumuşak Pnömatik ağ aktüatörler eğik Chambers ile imalatı

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

Mühendislik

Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in unstructured environments. At the same time, new procedures and techniques have been developed to reduce the invasiveness of surgical operations. Minimally Invasive Surgery (MIS) has been successfully employed for abdominal interventions, however standard MIS procedures are mainly based on rigid or semi-rigid tools that limit the dexterity of the clinician. This paper presents a soft and high dexterous manipulator for MIS. The manipulator was inspired by the biological capabilities of the octopus arm, and is designed with a modular approach. Each module presents the same functional characteristics, thus achieving high dexterity and versatility when more modules are integrated. The paper details the design, fabrication process and the materials necessary for the development of a single unit, which is fabricated by casting silicone inside specific molds. The result consists in an elastomeric cylinder including three flexible pneumatic actuators that enable elongation and omni-directional bending of the unit. An external braided sheath improves the motion of the module. In the center of each module a granular jamming-based mechanism varies the stiffness of the structure during the tasks. Tests demonstrate that the module is able to bend up to 120&#176; and to elongate up to 66% of the initial length. The module generates a maximum force of 47 N, and its stiffness can increase up to 36%.

This paper describes the design and fabrication of a soft unit for surgical manipulators. The base module includes three flexible fluidic actuators to achieve omnidirectional bending and elongation, and a granular jamming-based mechanism to enable stiffness control. A complete mechanical characterization is also reported.

Tasarım ve Yumuşak Modüler Robotlar için bir Elastomerik Birimi Fabrikasyon Minimal İnvaziv Cerrahi

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in ...

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane (PDMS) Co-axial Flow Focus Device

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper presents a polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic device capable of generating water/oil/water double emulsions using a coaxial flow focusing geometry that can be fabricated entirely using soft lithography. Similar to emulsion devices using glass capillaries, double emulsions can be formed in channels with uniform wettability and with dimensions much smaller than the channel sizes. Three dimensional flow focusing geometry is achieved by casting a pair of PDMS slabs using two layer soft lithography, then mating the slabs together in a clamshell configuration. Complementary locking features molded into the PDMS slabs enable the accurate registration of features on each of the slab surfaces. Device testing demonstrates formation of double emulsions from 14 &#181;m to 50 &#181;m in diameter while using large channels that are robust against fouling and clogging.

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane PDMS Co-axial Flow Focus Device

Microfluidic double emulsions generation typically involves devices with patterned wettability or custom-fabricated glass components. Here we describe the fabrication and testing of an all polydimethylsiloxane (PDMS) double emulsion generator that does not require surface treatment or complicated fabrication processes, and is capable of producing double emulsions down to 14 &#181;m.

Bir Polidimetilsiloksan (PDMS) Koaksiyel Akış Odak Aygıtı Kullanma Çift Emülsiyon Üretimi

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper ...

Rapid Manufacturing of Thin Soft Pneumatic Actuators and Robots

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a laser cutter machine. The method starts with the lamination of thermoplastic polyurethane (TPU) sheets using a heat press for 10 min at the temperature of ~93 &#176;C. Next, the parameters of the laser cutter machine are optimized to produce a rectangular balloon with maximum burst pressure. Using the optimized parameters, the soft actuators are laser cut/welded three times sequentially. Next, a dispensing needle is attached to the actuator, allowing it to be inflated. The effect of geometrical parameters on the deflection of the actuator are studied systematically by varying the channel width and length. Finally, the performance of the actuator is characterized using an optical camera and a fluid dispenser. Conventional fabrication methods of soft pneumatic actuators based on silicone molding are time consuming (several hours). They also result in strong but bulky actuators, which limits the actuator&#8217;s applications. Moreover, microfabrication of thin pneumatic actuators is both time-consuming and expensive. The proposed manufacturing method in the current work resolves these issues by introducing a fast, simple, and cost-effective fabrication method of ultrathin pneumatic actuators.

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with a thin form factor. The fabrication method starts with lamination of thermoplastic polyurethane (TPU) sheets followed by laser cutting/welding of a two-dimensional pattern to form actuators and robots.

İnce Yumuşak Pnömatik Aktüatör ve Robotların Hızlı İmalatı

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a ...

Rod-based Fabrication of Customizable Soft Robotic Pneumatic Gripper Devices for Delicate Tissue Manipulation

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations at the point of contact. It can be achieved by complementing traditional rigid grippers with soft robotic pneumatic gripper devices. This manuscript describes a rod-based approach that combined both 3D-printing and a modified soft lithography technique to fabricate the soft pneumatic gripper. In brief, the pneumatic featureless mold with chamber component is 3D-printed and the rods were used to create the pneumatic channels that connect to the chamber. This protocol eliminates the risk of channels occluding during the sealing process and the need for external air source or related control circuit. The soft gripper consists of a chamber filled with air, and one or more gripper arms with a pneumatic channel in each arm connected to the chamber. The pneumatic channel is positioned close to the outer wall to create different stiffness in the gripper arm. Upon compression of the chamber which generates pressure on the pneumatic channel, the gripper arm will bend inward to form a close grip posture because the outer wall area is more compliant. The soft gripper can be inserted into a 3D-printed handling tool with two different control modes for chamber compression: manual gripper mode with a movable piston, and robotic gripper mode with a linear actuator. The double-arm gripper with two actuatable arms was able to pick up objects of sizes up to 2 mm and yet generate lower compressive forces as compared to elastomer-coated and non-coated rigid grippers. The feasibility of having other designs, such as single-arm or hook gripper, was also demonstrated, which further highlighted the customizability of the soft gripper device, and it's potential to be used in delicate surgical manipulation to reduce the risk of tissue grip damage.

This protocol describes a rod-based approach, combining 3D-printing and soft lithography techniques for fabricating the soft gripper devices. This approach eliminates the need for an external air source by incorporating a chamber component and reduces the chance of occlusion during the sealing process, particularly for miniaturized pneumatic channels.

Narin Doku Manipülasyon için Özelleştirilebilir Yumuşak Robotik Pnömatik Tutucu Cihazlar Rod tabanlı Fabrikasyon

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations ...

Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, compliant and biomimetic nature of this deformation, actuators made of the laminate have received increasing interest in soft robotics and (bio)medical applications. However, methods to easily fabricate the active material in large (even industrial) quantities and with a high batch-to-batch and within-batch repeatability are needed to transfer the knowledge from laboratory to industry. This protocol describes a simple, industrially scalable and reproducible method for the fabrication of ionic carbon-based electromechanically active capacitive laminates and the preparation of actuators made thereof. The inclusion of a passive and chemically inert (insoluble) middle layer (e.g., a textile-reinforced polymer network or microporous Teflon) distinguishes the method from others. The protocol is divided into five steps: membrane preparation, electrode preparation, current collector attachment, cutting and shaping, and actuation. Following the protocol results in an active material that can, for example, compliantly grasp and hold a randomly shaped object as demonstrated in the article.

This article describes a fast and simple manufacturing process of ionic electromechanically active composite materials for actuators in biomedical, biomimetic and soft robotics applications. The key fabrication steps, their importance for the actuators&#39; final properties, and some of the main characterization techniques are described in detail.

Karbon Bazlı İonik Elektromekanik Aktif Yumuşak Aktüatörlerin İmalatı

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, ...

Soft Lithographic Procedure for Producing Plastic Microfluidic Devices with View-ports Transparent to Visible and Infrared Light

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable microfluidic devices. Here, a protocol for the fabrication of plastic microfluidic devices is demonstrated, where soft lithographic techniques are used to embed transparent Calcium Fluoride (CaF2) view-ports in connection with observation chamber(s). The method is based on a replica casting approach, where a polydimethylsiloxane (PDMS) mold is produced through standard lithographic procedures and then used as the template to produce a plastic device. The plastic device features ultraviolet/visible/infrared (UV/Vis/IR) -transparent windows made of CaF2 to allow for direct observation with visible and IR light. The advantages of the proposed method include: a reduced need for accessing a clean room micro-fabrication facility, multiple view-ports, an easy and versatile connection to an external pumping system through the plastic body, flexibility of the design, e.g., open/closed channels configuration, and the possibility to add sophisticated features such as nanoporous membranes.

A protocol for the fabrication of plastic microfluidic devices with transparent view-ports for visible and infrared light imaging is described.

Görünüm-bağlantı noktaları görünür ve kızılötesi ışık şeffaf plastik mikrosıvısal cihazlar üretmek için yumuşak tekniğinde yordamı

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable ...