由于3D打印的軟體機(jī)器魚是一體化成型的,省去了硅膠或者PDMS灌注的過程,也縮短了結(jié)構(gòu)改進(jìn)的時間,因此對于成型質(zhì)量有著很高的要求。這里判斷成型質(zhì)量的好壞除了從外觀上的直觀感受,還有一個重要的參數(shù)就是TPU基體VHB介電薄膜的粘附程度。雖然VHB本身對物體有著很強的粘附力,但是由于薄膜受到預(yù)拉伸產(chǎn)生巨大的收縮應(yīng)力,一旦VHB從基體上脫落,那么軟體魚就處于失效狀態(tài)。
將VHB跟TPU基體粘結(jié)的方式主要由三種:直接粘合、高溫打印粘合、小口徑打印粘合。由于VHB自身粘附力不夠,直接粘合的方式不可取,雖然加入粘合膠水可能會黏上,但是會大大影響薄膜的驅(qū)動效果。高溫打印粘合顧名思義是需要高溫快速打印,高溫下的TPU流動性更好,從噴嘴出來后的TPU在溫度差不大的情況下可以嵌入VHB表面以下。小口徑打印可以讓出絲更細(xì),每層相同大小的面積下,絲料堆積的更多,接觸的摩擦面積也越大,這樣同樣利于粘合效果。因此,經(jīng)過多次的對比實驗,最終采用的參數(shù)設(shè)置是:打印溫度為240℃,噴嘴口徑為0.3mm,打印速度為80mm/min,層厚設(shè)置為0.2mm,不需要底墊支撐。
待打印完成后我們需要對軟體魚的游動狀態(tài)進(jìn)行測試,這里主要采用外置的高壓電源(Trek 610E)提供電壓動力,函數(shù)發(fā)生器(AT810 LCR)提供電壓波形,測試的設(shè)定參數(shù)為電壓、波形和頻率。值得注意的一點是連接線高壓端需要保護(hù)起來,避免游動時與水接觸,因此在軟體魚的高壓線末端套上了硅膠薄膜和絕緣線,選擇的高壓線為細(xì)銅絲,盡量減少軟體魚在游動過程中的牽引線阻力。當(dāng)軟體魚按照既定的游動軌跡游泳時,逐漸從0開始增加頻率和電壓,調(diào)整至較佳的運動水平。從實驗效果來看,電壓6KV,正弦波,頻率5Hz,軟體魚的游動保持著穩(wěn)定水平。
如圖,軟體魚游動效果良好,可以很好的進(jìn)行前行,此次參數(shù)下的游動速度為3cm/S,也就是每秒1/4伸長的游動水平,達(dá)到了較佳的游動水平。當(dāng)然這不是最快的速度,可加上的最高電壓為10KV,但是出現(xiàn)薄膜擊穿導(dǎo)致失效的可能性也大大增加,在低水平電壓下驅(qū)動,軟體魚可以連續(xù)游動2h以上,且形態(tài)不發(fā)生明顯變化。
本次測試的軟體魚與電源之間是通過細(xì)銅絲連接的,由于銅絲長度有限,因此游動的范圍較小,如果能借住小型電源綁定在魚的軀體上,那么可以實現(xiàn)高自由度的游動效果。如圖的小型電源一體化軟體魚,將實驗室自主設(shè)計的小型高壓電源(鋰電池+升壓模塊)裝在離心管里,并保證密封良好,將伸出的高壓線與軟體魚結(jié)合,可以實現(xiàn)自給功能。3D打印軟體魚電源一體化的方法初步實現(xiàn)了自帶電源的游動,解決了受限于導(dǎo)線的問題。
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