Yazarlar: Luke J. Tinsley, Russell A. Harris

Yayın: Tinsley, L. J.; Harris, R. A. A Novel Computer-Controlled Maskless Fabrication Process for Pneumatic Soft Actuators. Actuators, 2020, 9(4), 136. doi: 10.3390/act9040136

Yayının tamamı için: https://www.mdpi.com/2076-0825/9/4/136/htm

Aşağıdaki metin, silikonların silikon olmayan plastiklere seçici olarak bağlanmasını sağlamak için, yüzeyleri seçici olarak oksitlemek amacıyla lokalize bir plazma deşarjından yararlanan ve çok yüksek bağ kuvveti ile oluşturulacak karmaşık pnömatik tasarımları kolaylaştıran yeni bir yaklaşım konusundaki çalışmayı özetlemektedir. İşlemin lokalize edilmesiyle, malzemenin şekli ve boyutu üzerindeki kısıtlamalar kaldırılmış ve bir maskeleme adımına olan ihtiyacın ortadan kaldırılması nedeniyle işlem süreleri kısaltılmıştır.

Yumuşak robotların yapılarnın tamamında uyumlu ve elastik malzemeler kullanılmaktadır. Yapıldıkları malzemelerin doğal özellikleri sebebiyle sert muadillerine kıyasla temelde farklı davranışlar göstermektedirler. Mevcut durumda pnömatik yumuşak aktüatörleri üretmek için tipik olarak şablon tabanlı ve eklemeli üretim süreçleri kullanılmaktadır. Aktüatörlerin artan karmaşıklığı sebebiyle bu yöntemler sınırlı kalmaktadır. Şekillendirme söz konusu olduğunda, geometri sınırlıdır ve tekil parçaların özelleştirilmesi karmaşıktır. 3D baskıya dayalı üretim teknikleri, farklı malzemelerin kullanımına izin vermekle birlikte çözünürlük, hız, malzeme ve ölçeklenebilirlik açısından sınırlamalar söz konusudur. Bunun üstesinden gelmek amacıyla Tinsley ve Harris, pnömatik, yumuşak aktüatörler üretmek için silikon ve PET'in kimyasal davranışını seçici olarak değiştiren, piezobrush® PZ2-i cihazının kullanıldığı bilgisayar kontrollü, lokalize plazma işleminden yararlanmışlardır.

Bu süreç için piezobrush® PZ2-i'nin 3 eksenli bir tahrik platformuna yerleştirilmesiyle bir üretim platformu oluşturulmuştur (Şekil 1). Yapışma, silikon Ecoflex 00-50 ve 100 μm kalınlığındaki PET film arasında yapılmıştır. Bu malzeme kombinasyonu, farklı rijitlikleri nedeniyle eğilme özelliklerine sahip yumuşak aktüatörler için çok uygundur.

Yapıştırma işlemi için hem Ecoflex silikon hem de PET seçici bir şekilde plazma ile işlenmiştir. PET filmler daha sonra %1'lik bir 3-aminopropiltrietoksisilan (APTES) çözeltisine daldırılmıştır. İki malzeme daha sonra hizalanmış ve yapıştırılmak üzere temas ettirilmiştir.

Özelliklerini test etmek amacıyla iki adet aktüatör bu yöntem kullanılarak üretilmiştir. 16 kPa ve 63 kPa'la şişirildiğinde hiçbir aktüatör başarısız olmamış, ancak her ikisi de söndüğünde Ecoflex katmanında plastik deformasyon gözlemlenmiş, bu da her birinin arızaya yaklaştığını göstermiştir.  

Şekil 1. Seçici plazma işleme platformuna genel bakış.  

Spesifik tasarım nedeniyle, çeşitli haznelerde farklı dolum seviyeleri elde edilebilmektedir (Şekil 2). Test edilen basit yapılar, yapıştırma işleminin sağlamlığını ve tasarlanmış seçiciliğini göstermektedir, bu yaklaşım aynı zamanda çok daha yüksek karmaşıklığa sahip aktüatörlerin bilgisayar kontrollü maskesiz üretimini de mümkün kılmaktadır.  

Şekil 2. İki aktüatör üretilmiş ve şişirme yoluyla test edilmiştir.