软自调节加热元件用于基于热塑性弹性体的电子皮肤应用
Antonia Georgopoulou1,2, Pascal Diethelm1, Marius Wagner3
1Department of Functional Materials, Empa-Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, Dübendorf, Switzerland.
3D printing and additive manufacturing
|May 1, 2024
概括
由热塑性聚氨 (TPU) 和碳黑制成的软加热元件可以拉伸超过100%并达到180°C. 这些元素使电子皮肤等应用程序的自调节温度控制成为可能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物科学 聚合物科学
- 增材制造 增材制造 增材制造
背景情况:
- 电阻加热元件对于电子皮肤 (e-skin) 等应用至关重要.
- 开发柔软,可拉伸和热稳定的加热元件仍然是一个挑战.
- 现有的基于热塑性聚合物的热敏电阻器往往缺乏足够的延长能力.
研究的目的:
- 为电子皮肤应用开发柔软,高度伸展的电阻加热元件.
- 研究这些新型加热元件的制造工艺和热性能.
- 为了证明自我调节的温度控制和局部治愈能力.
主要方法:
- 将热塑性聚氨 (TPU) 与碳黑相结合,以创建复合加热元件.
- 使用材料挤出增材制造在TPU基板上进行一步制造.
- 通过修改元件几何和增材制造参数 (抵消,层高度,喷嘴速度,挤出乘数) 来调整加热性能.
- 实现自调节温度控制,使用不同的电压和电流值.
主要成果:
- 开发的加热元件表现出超过100%的延伸,没有显著的变形.
- 由于TPU和碳填充剂的高点,可以将热敏电阻加热到180°C.
- 通过改变电压和电流值,实现了自我调节的温度控制.
- 通过改变元素的横截面几何形状,可以调整加热性能.
- 增材制造参数影响了初始电阻和电导率.
结论:
- 通过增材制造,使用TPU和碳黑成功制造了柔软,可拉伸和热稳定的加热元件.
- 开发的元件具有出色的机械性能和可控制的加热性能.
- 电子皮肤中集成的加热元件可在现场进行局部治愈,同时保持软软的机器人软度.
