使用噴墨打印技術(shù)制備靜電拉鏈致動器
瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Giulio Grasso和Herbert Shea以及新西蘭奧克蘭大學(xué)的Samuel Rosset利用MicroFab的Jetlab4噴墨打印系統(tǒng)，沉積聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為可拉伸材料（沉積材料的厚度為100μm，液滴和線之間的間距為100μm），乙基纖維素作為流體特征圖案化的犧牲材料，通過將金濺射、激光切割的聚酯薄膜封裝在噴墨打印層之間來集成致動器的柔性部分。在溶解犧牲材料之后，可以將介電流體注入制造的致動器中，可用于制備具有任意形狀的高度集成的致動器。
介紹
軟致動器多選用可拉伸彈性體材料以實現(xiàn)機械順應(yīng)性，在許多軟驅(qū)動原理中，靜電驅(qū)動致動器具有效率、速度和無聲操作方面的優(yōu)異性能，但是需要高電場。拉鏈致動器允許特別高的能量密度，并提供了更多的柔性但通常選用不可拉伸材料。液壓放大Taxel（HAXEL）技術(shù)結(jié)合了拉鏈電極和可拉伸材料，由邊緣的柔性箔和中心的可拉伸薄膜組成的空腔用于填充介電液體。柔性箔上可沉積圖案化的電極，當施加電壓時形成壓縮使介電液體從外圍移動到可拉伸的中心區(qū)域從而形成凸塊。寬度小于10mm、厚為1mm、重量僅為90mg的致動器可產(chǎn)生300mN的力和500μm平面外位移，比功率為100W/kg。HAXEL技術(shù)在觸覺反饋系統(tǒng)、復(fù)雜流體陣列和軟機器人有廣泛應(yīng)用。
流體通道打開過程如圖5所示，該裝置被浸在乙醇浴中，使用氣動控制器將乙醇加壓至50mBar，然后將乙醇浴置入超聲中10分鐘，以加速犧牲材料的去除，如圖6所示，I）制造后的裝置俯視圖；II）打開過程中的設(shè)備照片；III）打開裝置的照片。
▲ 圖5
▲ 圖6
結(jié)論
**使用噴墨打印來制造HAXELs的關(guān)鍵層。噴墨打印了犧牲材料以及可拉伸層的PDMS，以獲得驅(qū)動和填充的流體特性。研究展示了邁向更復(fù)雜的HAXEL陣列的**步。目前，成對致動器是流體連接的，未來的發(fā)展將使用一個通用的流體系統(tǒng)來填充HAXEL致動器的NxN陣列，在關(guān)閉通道后將移除寬管入口。未來的器件將通過用噴墨打印的柔性電介質(zhì)代替聚酯薄膜來制造，從而實現(xiàn)完全添加制造過程，擁有完全的設(shè)計靈活性。對觸覺反饋系統(tǒng)、復(fù)雜流體陣列和軟機器人的應(yīng)用提供有力支持。
參考文獻：
[1] Giulio Grasso, Samuel Rosset, Herbert Shea, "Fabrication of zipping electrostatic actuators incorporating inkjet-printed layers," Proc. SPIE 11587, Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXIII, 115871O (22 March 2021).
