Impresoras 3d

Los polímeros de memoria como forma para aumentar la rigidez

Los polímeros de memoria como forma para aumentar la rigidez

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Aunque los robots blandos son muy flexibles y se adaptan a entornos más complejos, no son muy buenos para realizar tareas con una gran capacidad de carga debido a la baja rigidez de los materiales que los componen. Se ha intentado utilizar materiales y estructuras de rigidez variable para desarrollar actuadores blandos ajustables, pero estos están limitados por factores tales como deformaciones superficiales, respuestas lentas y dificultad para fabricar microfunciones.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) y de la Universidad de Shanghai Jiao Tong (SJTU) ha publicado recientemente un artículo titulado «Fast-Response, Stiffness-Tunable Soft Actuator by Hybrid Multimaterial 3D Printing<>», en el que se detallan los esfuerzos que han llevado a cabo para solucionar este problema.

El resumen dice: Este trabajo presenta un paradigma para diseñar y fabricar actuadores blandos de respuesta rápida y sintonizables en rigidez (FRST) mediante la impresión híbrida en 3D multimaterial. La integración de una capa de polímero con memoria de forma en el cuerpo del actuador completamente impreso aumenta su rigidez hasta 120 veces sin sacrificar la flexibilidad y la adaptabilidad.

El circuito de calentamiento Joule impreso y el microcanal de refrigeración fluida permiten velocidades de calentamiento y enfriamiento rápidas y permiten que el actuador FRST complete un ciclo de ablandamiento y endurecimiento en 32 s. Se utilizan simulaciones numéricas para optimizar la capacidad de carga y las velocidades térmicas. La alta capacidad de carga y la adaptabilidad de forma del actuador FRST se demuestran finalmente con una pinza robótica con tres actuadores FRST que pueden agarrar y levantar objetos con formas arbitrarias y varios pesos que van desde menos de 10 g hasta 1,5 kg.

Una vez limpio, el trozo de SMP I fue llevado a nuestro dispositivo DIW autoconstruido para la fabricación del circuito de calefacción Joule, escribieron los investigadores. Una jeringa fue sostenida verticalmente en el dispositivo DIW, y sus traducciones en el plano de impresión fueron activadas por etapas lineales….las cuales fueron controladas con precisión por motores paso a paso.

La rebanada 3D printedSMP con el circuito de calentamiento Joule se colocó en un horno universal para sinterizar el circuito Ag NP antes de ser unido con el cuerpo del actuador. En cada espaciador entre las cámaras de aire vecinas en el cuerpo del actuador, se creó una ranura para recibir un inserto para el segmento SMP.

El diseño de ranura e inserto mejoraría la fuerza de adhesión en la interfaz para limitar mejor la tensión de la capa de recubrimiento al inflarse e impedir que el aire se desplace fuera del canal central, explicaron los investigadores.

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Una vez que las interfaces de unión fueron curadas, el equipo probó cuán hermético era todo, luego insertó cables conductores a través de los canales de la base del actuador, los cuales fueron conectados al circuito de calentamiento de Joule y luego sinterizados. La loncha SMP II se pegó con la lámina de elastómero utilizando VeroClear, y las piezas procesadas se pegaron entre sí, de nuevo con VeroClear.

Los investigadores realizaron todo tipo de pruebas en su actuador blando impreso en 3D, incluyendo una prueba DMA, pruebas de tracción a 25 °C y 70 °C, una prueba de rigidez de la tira, y otras. Se completó una prueba de caracterización de la capacidad de carga de un solo actuador FRST, y el equipo también llevó a cabo simulaciones de elementos finitos en un esfuerzo por aprender más sobre el mecanismo de variación de la rigidez.

Los investigadores escribieron: Para obtener información sobre las posibles formas de mejorar la capacidad de carga, simulamos las pruebas de rigidez a la flexión mediante la variación de dos parámetros, a saber, el espesor de la capa SMP y el módulo de material a temperatura ambiente.

También se realizaron simulaciones de elementos finitos para pruebas de calentamiento y enfriamiento, y los investigadores también caracterizaron los parámetros de impresión.

Termistor pegado a la superficie más interna del componente SMP con cables que se extienden desde los bordes laterales del actuador.

El campo de la soft robótica está ayudando a la gente a cambiar su percepción de los robots como creaciones de metal duro por algo más fluido y flexible. A través de sus experimentos, el equipo de investigación conjunto de SUTD/SJTU descubrió que al añadir polímeros de memoria de forma a la mezcla, el cuerpo de su actuador blando impreso en 3D se volvió hasta 120 veces más rígido, pero sin sacrificar la adaptabilidad ni la flexibilidad, lo que lo hace mucho más eficaz a la hora de soportar cargas elevadas.

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