Pellet-based 3D Printing of Soft Thermoplastic Elastomeric Membranes for Soft Robotic Applications

要約

添加剤の製造（AM）は、ソフトロボットの製造の複雑さを処理するための有望なソリューションです。
ただし、過剰弾性材料のAMは、限られた材料タイプで依然として困難です。
この作業では、非常に柔らかい熱可塑性エラストマー（TPE）のペレットベースの3D印刷が調査されました。
私たちの結果は、TPEがEcoflex O-10と同様のエンジニアリングストレスと最大ひずみを持つことができることを示しています。
これらのTPEは、3Dプリントの気密薄膜（0.2〜1.2 mm）に使用され、1320 \％まで最大膨張する可能性があります。
膜の大きな膨張と柔らかさを中空構造の3D印刷と組み合わせることで、180度曲げてその重量の238倍のブロックされた力に達することができる曲げアクチュエーターの設計が簡素化されました。
さらに、3D印刷TPEペレットと剛性フィラメントにより、柔らかい膜はオブジェクトを包み込むか、センサー吸盤としてオブジェクトを把握できます。
さらに、吸盤の膜は、接着前にオブジェクトを検出するための触覚センサーとして利用されました。
これらの結果は、ソフトTPEと膜をそれぞれ興味深いクラスの材料とセンサーアクチュエーターとして使用することにより、3D印刷ソフトロボットの実現可能性を示唆しています。

要約(オリジナル)

Additive Manufacturing (AM) is a promising solution for handling the complexity of fabricating soft robots. However, the AM of hyperelastic materials is still challenging with limited material types. Within this work, pellet-based 3D printing of very soft thermoplastic elastomers (TPEs) was explored. Our results show that TPEs can have similar engineering stress and maximum strain as Ecoflex OO-10. These TPEs were used to 3D-print airtight thin membranes (0.2-1.2 mm), which could inflate up to a stretch of 1320\%. Combining the membrane’s large expansion and softness with the 3D printing of hollow structures simplified the design of a bending actuator that can bend 180 degrees and reach a blocked force of 238 times its weight. In addition, by 3D printing TPE pellets and rigid filaments, the soft membrane could grasp objects by enveloping an object or as a sensorized sucker, which relied on the TPE’s softness to conform to the object or act as a seal. In addition, the membrane of the sucker was utilized as a tactile sensor to detect an object before adhesion. These results suggest the feasibility of 3D printing soft robots by using soft TPEs and membranes as an interesting class of materials and sensorized actuators, respectively.

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