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Pellet Drucker - weiche pneumatische Aktuatoren Sh18A

Weiche Robotik wird im Vergleich zu ihren starren Gegenstücken immer beliebter und kann in Anwendungen eingesetzt werden, die eine sorgfältige Manipulation sensibler Objekte, eine sichere Interaktion mit dem Benutzer und komplexe Bewegungen erfordern - möglich mit den Pellet Druckern von Tumaker!

Studie der Empa Schweiz
(Department of Functional Materials, Empa–Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology)

Weiche, pneumatische Biegeaktoren mit integriertem Dehnungssensor, auf Basis thermoplastischer Elastomere wurden mit einem FDM (Fused Deposition Modeling) Drucker erfolgreich hergestellt.

Mit herkömmlichen filamentbasierten FDM-Drucker können pneumatische Biegeaktuatoren mit einer Shore-Härte unter 70A nicht hergestellt werden. Daher wurde in dieser Studie der FDM-Drucker von TUMAKER auf Pelletbasis verwendet, um damit pneumatische Aktoren mit einer Shore-Härte von Sh18A herzustellen. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass Dehnungssensoren (weiche piezoresistiven Sensorelementen) während des Drucks der Biegeaktuatoren an der Oberfläche der Stukturen mitgedruckt werden können.  
Die integrierten piezoresistiven Sensorelemente basierten auf thermoplastischem Elastomer (SEBS) mit einem Russ (CB) als Füllstoff, im Verhältnis 1:1. Die besten Sensoreigenschaften wurden mit einem Matrixmaterial mit einer Shore Härte von 50A erreicht. 

Für die Charakterisierung der Sensoreigenschaften wurde das dynamische und quasistatische Sensorverhalten der Sensorelement untersucht, bevor diese in den Biegeaktuator (Shore-Härte 18A) über das 3D Drucken integriert wurde. 
Erwähnenswert ist, dass für die Herstellung des weichen pneumatischen Aktors mit integriertem Dehnungsmessstreifen nur 3h benötigt wurden. Im Vergleich zum klassischen Formgussverfahren (Giessen) pneumatischer Biegeaktuatoren ist dies schneller, da keine Nachbearbeitung zum Aushärten erforderlich ist. Durch die Verwendung von Pellet-basierten FDM-Druckern ist eine Industrialisierung von pneumatisch aktiven weichen Roboterstrukturen möglich mit geringen Herstellungskosten verbunden.

Quelle:
Georgopoulou, A.; Egloff, L.; Vanderborght, B.; Clemens, F. A Sensorized Soft Pneumatic Actuator Fabricated with Extrusion-Based Additive Manufacturing. Actuators 2021, 10, 102.
https://doi.org/10.3390/act10050102

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