Actuatoren voor zachte robotica: Fabricage met behulp van Silicone 3D Printing
Zachte robotica-actuatoren zijn geavanceerde robotonderdelen die flexibele, adaptieve en mensvriendelijke robotsystemen mogelijk maken. Siliconen 3D-printen is al een belangrijke factor gebleken bij het snel prototypen en ontwerpen van zachte actuatoren, die kunnen variëren in actuatorontwerp en -structuur. Toepassingen van zachte robotgrijpersystemen, geoptimaliseerd ontwerp van geavanceerde zachte robotgrijpers en hoogperformante actuators worden gebruikt door diverse industrieën: van gezondheid en automatisering tot productie en onderzoek. De volgende tekst analyseert hoe 3D-printen van siliconen de fabricage van zachte actuatoren, de voordelen, het fabricageproces en de potentiële impact op het gebied van flexibele robotica een nieuwe vorm kan geven.
Wat zijn zachte robotactuators?
Zachte robotica-actuatoren zetten energie om in gecontroleerde beweging en werken op dezelfde manier als biologische spieren. Zachte actuatoren zijn er in vele vormen:
Pneumatische zachte actuators
Hydraulische zachte actuators
Diëlektrische elastomeer actuatoren
Vormgeheugenlegering actuatoren
Kabelaangedreven zachte actuators
Waarom silicone het materiaal bij uitstek is voor zachte robotactuators
In de zachte robotica wordt zeer vaak siliconen gebruikt. Dit komt door de elasticiteit, duurzaamheid en betrouwbaarheid.
1. Hoge elasticiteit en flexibiliteit
Silicone kan meerdere keren worden uitgerekt en vervormd en de structuur behoudt zijn oorspronkelijke vorm. De robots kunnen meerdere keren worden bediend en blijven in hun uitgangspositie zonder permanent uitgerekt of vervormd te raken.
2. Lichtgewicht en energiezuinige structuur
Naast het feit dat de robot licht blijft, maakt het gebruik van siliconen als actuator de mechanische structuur van de robot minder complex, waardoor de energie-efficiëntie toeneemt in vergelijking met andere mechanische actuatormechanismen.
3. Biocompatibiliteit
Van sommige siliconen die worden gebruikt als actuatoren in zachte robotica is al bewezen dat ze niet giftig zijn voor het menselijk lichaam en ze worden nu gebruikt in medische robots, revalidatieapparatuur en wearables.
4. Afstembare mechanische eigenschappen
Siliconenmaterialen kunnen ook worden geformuleerd met verschillende niveaus van elasticiteit, stevigheid en duurzaamheid om te voldoen aan de prestatievereisten van bepaalde zachte robotactuatoren.
Siliconen 3D printproces voor zachte robotactuators
3D-printen van siliconen maakt directe productie van zachte actuatoren op basis van CAD-ontwerpen mogelijk.
Stap 1: Ontwerp digitale actuator
De ingenieurs ontwerpen de actuator met behulp van CAD-software en genereren een 3D-weergave van de actuator. Het voorgestelde ontwerp bestaat uit:
Vorm van de actuator
Interne luchtholtes
Scharnieren om beweging mogelijk te maken
De richtingen waarin de actuator kan bewegen
De dikte van het materiaal
Stap 2: Voorbereiding van het siliconenmateriaal
De benodigde drukmaterialen op siliconenbasis moeten zo worden bereid dat ze de juiste viscositeit en uithardingseigenschappen hebben. Voor het bedrukken moet het materiaal voldoende vloeibaar zijn om te kunnen worden bedrukt en na uitharding moet het materiaal voldoende stijf zijn.
Stap 3: Laag voor laag afdrukken
Het siliconenmateriaal wordt laag voor laag aangebracht, waardoor de actuator kan worden opgebouwd. Bovendien kunnen complexe vormen en kanalen, die moeilijk te maken zijn met conventionele productietechnieken, gebouwd worden met geavanceerde printers.
Stap 4: Uitharden en testen
Zodra de print klaar is, wordt het siliconen onderdeel uitgehard om elasticiteit en sterkte te verkrijgen. Vervolgens testen de ingenieurs de actuator om de beweging, drukgevoeligheid, sterkte en algemene prestaties te onderzoeken.
Ontwerp van zachte robotgrijpers met behulp van 3D-printing van silicone
Een zachte robotgrijper creëert vingers of structuren rond een voorwerp en wikkelt zich rond het voorwerp in plaats van er met een stijve kracht op te drukken, zodat een breekbaar voorwerp gemakkelijk kan worden gehanteerd.
Belangrijke ontwerpparameters zijn onder andere:
Vingerontwerp en -geometrie
Silicone flexibiliteit
Pneumatische kanaallocatie
Gripsterkte
Object veelzijdigheid
Siliconen 3D-printing stelt gebruikers ook in staat om de grijpers aan te passen voor toepassingen variërend van voedselverpakking en assemblagelijnen van elektronica tot handling van medische apparaten, logistiek en meer.
Voordelen van Silicone 3D-geprinte zachte actuatoren
Sneller prototypen: Engineers kunnen concepten snel omzetten in werkende prototypen, waarbij het maken van mallen en de bijbehorende kosten achterwege blijven.
Complexe en op maat gemaakte ontwerpen: Interne structuren, flexibele onderdelen en aangepaste robots kunnen zeer gedetailleerd worden vervaardigd.
Lagere productiekosten: Minimale materiaalverspilling of gereedschapsontwerp nodig als siliconenprint voor R & D, testen of kleine oplagen.
Robots met verbeterde werking- De actuators hebben een veelzijdigere, nauwkeurigere, responsievere en duurzamere werking.
Toepassingen van zachte robotactuators
Robots voor de medische en gezondheidszorg - Revalidatierobots, draagbare ondersteuningsrobotica, chirurgische robotica, veilige menselijke interfacerobots.
Industriële automatisering - Flexibele robots kunnen delicate producten verzamelen, sorteren en vastpakken waar conventionele robots het laten afweten.
Wearable Robotics -Voltooiing van actuatoren voor gebruikersondersteuning en ondersteuning van lichaamsbewegingen.
Onderzoek en exploratie:Zachte robots kunnen in onvoorspelbare omgevingen werken.
Veelgestelde vragen (FAQ's)
1. Wat zijn zachte robotactuatoren?
Actuatoren voor zachte robotica zijn buigbare, flexibele componenten waarmee zachte robots bewegingen kunnen maken met behulp van materialen zoals siliconen, elastomeren en elastische polymeren.
2. Wat is siliconen 3D-printen in zachte robotica?
Zachte robotica-actuatoren kunnen worden gemaakt met siliconen 3D-printing. Dit is een productiemethode waarmee 3D-objecten kunnen worden gemaakt van digitale modellen aan de hand van een digitaal ontwerp. De structuur wordt laag voor laag opgebouwd.
3. Hoe werkt een zachte robotgrijper?
Een zachte robotgrijper heeft zachte flexibele vingers of opblaasbare kamers die zich aanpassen aan de vorm van het object dat ze moeten vasthouden.
4. Welke industrieën gebruiken zachte robotactuators?
Zachte actuatoren worden op verschillende gebieden gebruikt, van gezondheidszorg, productieprocessen en voedselverwerking, landbouw tot onderzoeksrobotica en wearables.
Conclusie
Het gebruik van siliconen 3D-printing zorgt voor een revolutie in de robotica omdat het ingenieurs in staat stelt flexibele, adaptieve en intelligente machines te bouwen. Met behulp van geavanceerde zachte robotica-actuatoren kunnen ingenieurs veiligere en bio-geïnspireerde robotontwerpen maken.
Met soft robotics grijperoplossingen op maat voor specifieke toepassingen en de volgende generaties hoogwaardige actuatoren, zijn er veel mogelijkheden die kunnen worden bereikt met siliconenproductie. Neem contact op met Norck Robotics voor meer informatie over soft robotics oplossingen.