高性能4D打印ABS/导电TPU电热执行器设备与SWCNT分离结构:向软机器人应用的抓演示器
Miron Krassas1,2, Emmanouil Porfyrakis1,2, Fivos Simopoulos1,2
1Mechanical Engineering Department, Hellenic Mediterranean University, Estavromenos, Heraklion, Crete 71004, Greece.
ACS applied materials & interfaces
|July 11, 2025
概括
这项研究介绍了一种新的3D打印软电热执行器 (ETA),使用烯丁 styrene (ABS) 和导电热塑性聚氨 (cTPU) 与单壁碳纳米管 (SWCNTs). 开发的4D打印ETA显示了显著降低的电阻和软机器人应用的可靠操作.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
背景情况:
- 软电热执行器 (ETA) 对于软机器人技术至关重要.
- 目前用于ETA的制造方法可能很复杂,并限制性能.
- 需要先进的材料和印刷技术来增强ETA的能力.
研究的目的:
- 开发一种高性能U形双金属聚合物软电热驱动器 (ETA),使用化丝制造 (FFF) 三维打印 (3DP).
- 研究将单壁碳纳米管 (SWCNT) 集成到导电热塑性聚氨 (cTPU) 层中,以提高电气性能.
- 为了描述4D打印的ETA的执行性能,力产生和电热加热,4D打印的ETA.
主要方法:
- 使用双头多重材料3D打印机制造ETA设备,采用烯丁 styrene (ABS) /cTPU双层架构.
- 在cTPU层中创建一个陀螺微孔结构,用于通过直接墨水写作 (DIW) 通过SWCNT墨水透.
- 使用SEM,拉曼光谱,TGA,电阻测量,实时尖端位移跟踪,FEA,数字微平衡和红外热学进行表征.
主要成果:
- 达到显著较低的内部电阻 (大约. 与仅使用cTPU相比,ABS/cTPU/SWCNT ETA中的9 kΩ至~20 Ω) 的时间.
- 证明了可靠的执行性能,具有变化的偏移电压和ON-OFF周期.
- 量化产生的力和验证的电热 Joule 加热效应通过红外线温度学.
- 成功地将三个ETA集成到一个功能性的三指软抓手演示器中.
结论:
- 由于集成的SWCNT导电网络,4D打印的ETA表现出增强的性能.
- ETAs的模块化设计允许在软机器人技术中实现多功能应用.
- 这种快速响应的软抓手原型展示了这项技术在先进机器人系统中的潜力.
