El músculo impreso en 3D se hincha durante la impresión

Justo cuando crees que lo has visto todo ... [Fergal Coulter] en los foros RepRap inventó recientemente un método de impresión 3D en estructuras inflables, ¿esperar qué?

El proceso utiliza una impresora 3D personalizada con un cabezal de pasta que sobresale y un eje de 4, con un suministro de aire neumático. Usando un método de deposición por pulverización, se forma un tubo de silicona y luego cada capa se cura con luz infrarroja, que también se inserta en el sistema. Una vez que la silicona es lo suficientemente espesa, se presiona para que se hinche a través de la espina permeable al aire. Luego, un láser escanea la forma de la silicona inflada para permitir que la computadora genere trayectorias de herramientas para la superficie. Luego presionas. Simple, ¿no es así?

Ni siquiera estamos seguros de cómo empezar a explicar cómo se le ocurrió esto. Básicamente, este método de impresión 3D permite fabricar algunos elementos flexibles muy singulares, quizás la aplicación más interesante sea “Músculos artificiales elastoméricos dieléctricos”, que es una forma realmente avanzada de músculos artificiales neumáticos (que también puedes hacer a partir de dispositivos de hardware). ). También haría que construir un robot blando sea mucho más fácil que lanzar los músculos de silicona con la mano, como vimos la semana pasada.

Es una nueva dirección fascinante para la impresión 3D y estamos emocionados de ver que la tecnología continúa progresando. Hay más información disponible en [Fergal’s] sitio web principal.

[Thanks for the tip Matt!]

  • JohnnyRico dice:

    Los DAM no tienen nada en común con los PAM a menos que ambos estén contratados. Esto no es más que arte, aunque un arte muy bueno, pero el proceso podría aplicarse en una geometría diferente con diferentes materiales para hacer AMA de alta resistencia. En mi opinión, está en el camino correcto. Es genial ver gente trabajando en AMA.

    Muy agradable de ver y tiene un gran sitio web.

    • duh dice:

      Los TLA (o General) probablemente no sean apropiados en un artículo de este tipo, con la audiencia prevista, sin explicación.

      • JohnnyRico dice:

        Lo sentimos, DAM o DE es un músculo artificial de elastómero dieléctrico que usa elementos como los aerosoles de nanotubos de carbono para contraerse electrostáticamente, también hay músculos de efectos piezoeléctricos opuestos que usan polímeros piezoeléctricos como el PVDF. PAM es un músculo artificial neumático, el más común son los músculos musculares, que utilizan la presión del aire para expandir una manga y provocar una contracción. Y, obviamente, son los músculos de expansión suave que usan los brobots suaves. También hay aleaciones de memoria con forma, como nitinol y poliamidas y aramidas, que muestran propiedades útiles para producir músculos artificiales que comparten AMA.

        • duh dice:

          ¡Impresionante, gracias por eso! "Y exhaustivo"

    • Fergal Coulter dice:

      Hola Johnny, tienes razón al señalar que estas estructuras no son músculos artificiales neumáticos, pero mi video muestra parte de un proceso para hacer aceleradores elastoméricos dieléctricos (DEA). ¡Yo diría que hay un poco más de razón que solo una consideración artística!

      Lo que hago es formar una “Estructura de Energía Mínima de Elastómero Dieléctrico” (DEMES), estos son DEA que se estiraron mecánicamente y luego se unieron a un marco de soporte.
      Aquí hay un buen video que muestra a DEMES en acción:
      https://www.youtube.com/watch?v=nZm36KMVvy8

      En este caso, utilizo el inflado para dar tensión mecánica a las membranas astilladas, luego aprieto silicona dura (Shore ~ ​​80A) alrededor del exterior para que actúe como marco de soporte. Imprimí estructuras auxiliares (plegables) que se pueden desinflar uniformemente con el globo.
      Cuando la presión interna se ha reducido de modo que ya no juega un papel en la tensión del globo, y cualquier tensión retenida es producto del marco de soporte (impreso) solo, se podría decir que son estructuras de energía mínima.

      Para que sea un "músculo artificial" que funcione correctamente, las membranas deben estar "entrelazadas" con electrodos de tracción, lo que constituye un condensador extensible de forma eficaz. Todavía no he realizado estos pasos porque decidí que estaba más allá del alcance de mi doctorado (¡que entregué hoy, por cierto!), Aunque pueden notar en el video, antes de rociar, el mandril está cubierto de grafito. Este no es el material de electrodo ideal, pero funcionaría. Simplemente lo usé para definir capas para poder medir la igualdad del depósito de spray sobre la superficie curva.

  • Dan dice:

    Agregar una gran diferencia de carga electrostática entre la boquilla de silicio y el objetivo haría que esa parte del proceso fuera un poco menos complicada.

    • Fergal Coulter dice:

      ¡Aquí tienes una gran idea! - especialmente si se rocía de forma irregular. En algún lugar entre el electrohilado y el recubrimiento en polvo.
      Es un proceso muy desordenado (y derrochador) de rociar silicona, ¡como pueden ser testigos de la caja fuerte pobre en mi universidad!

      • Dan dice:

        Sí, son una cosa, http://www.airspray-gun.co.uk/buy-spray-gun,electrostatic-spray-guns,0.html

        • Fergal Coulter dice:

          fabuloso - ¡gracias por eso! ...
          De acuerdo, ¡cuestan casi más que cada presupuesto total que tenía para el proyecto anterior! 🙂

          a 68-85kV, usan una diferencia de potencial mucho más alta de lo que esperaba (consideré usar un pequeño transformador de 4kV DC para ver cómo iría).

          ¿Tiene experiencia, o podría señalarme en la dirección de algunos artículos, que describen reacciones de gotas (de alta viscosidad) a varios niveles de HVDC? Realmente, encontré muy poco publicado sobre la pulverización de elastómeros durante mi investigación, aparte de algunos que utilizan el fabuloso (¡pero cruelmente caro!) Optomec Aerosol Jet .....

          ¡Gracias!
          Fergal

  • Tópteros dice:

    Parece una gran impresora de huevos que puede crear sus propios huevos.

  • zach dice:

    ¿Cuál es la ventaja de construir un músculo artificial neumático de esta manera en lugar de utilizar "piezas de la tienda de electrodomésticos"? Parece que las técnicas de fabricación convencionales tienen la ventaja de ser más baratas, más rápidas, más fáciles y más robustas, mientras que el método de impresión 3D tiene la ventaja de ser bastante genial y (lo más importante) darle a tu proyecto muchos blogs.

    • Gearbent dice:

      Progreso.
      Una vez que esto progrese, podría hacer algunas cosas realmente interesantes que no podría hacer normalmente.

    • Fergal Coulter dice:

      ¡De hecho! ¡El interés que muestra la gente es realmente delicioso! 🙂
      Sin embargo, como mencioné anteriormente, este proceso no es para hacer músculos neumáticos (McKibben), aunque fueron una inspiración.
      En cambio, se trata de fabricar aceleradores elastoméricos dieléctricos que se expandirán en área cuando se sometan a alto voltaje (2-3 kV). Son extremadamente eficientes desde el punto de vista energético durante el funcionamiento: retienen su carga (reutilizables) y, como son condensadores, no hay un flujo de corriente (significativo).

      Hipotéticamente, estos eventualmente podrían implantarse en el cuerpo como prótesis como constrictores artificiales (no es la clase de prótesis más elegante, pero la acción relativamente simple sería más fácil de realizar y sería muy útil para algunas personas).
      Desafortunadamente, no existen estudios sobre los efectos a largo plazo de la radiación electromagnética de estos actuadores, por lo que es posible que nunca se utilicen así ...

  • faolainfree dice:

    @zach, es el aspecto a medida (¿sastrería? adaptabilidad? todo).

    ¿Qué pasa si necesita músculos muy específicos para una prótesis muy específica?

    ¿Qué pasa si tienen que hacerse en el sitio?

    Es una máquina que puede crear tal costumbre mediante un medio modular. Ese es el aspecto importante de la impresión 3D: personalización masiva, digitalizada bajo pedido.

  • GEO dice:

    ¿Alguien puede indicarme más información sobre la mecánica del material impreso y los patrones impresos? Dice que es silicona dura en su sitio web. ¿El proceso de curación o el patrón lo hacen retroceder de su estado de curación?

    • JohnnyRico dice:

      El músculo se contrae a un estado relajado, ya que la silicona es un elastómero. La silicona regresará tal como se haya rociado y curado.

      Acerca de la mecánica del músculo McKibbon y la función del aspecto plástico impreso en 3D aquí https://en.wikipedia.org/wiki/Pneumatic_artificial_muscles

      • Fergal Coulter dice:

        Este sería un wiki más apropiado para parecerse a:
        https://eo.wikipedia.org/wiki/Dielectric_elastomers

    • Fergal Coulter dice:

      Los patrones impresos son en su mayoría "auxiliares", es decir, geometría que colapsará / contraerá uniformemente en todas las direcciones cuando se someta a una fuerza aplicada.
      https://en.wikipedia.org/wiki/Auxetics
      Más específicamente, las geometrías son "Estructuras Hexachirales". Hay un buen artículo escrito por el Dr. Jonathan Rossiter: https://www.researchgate.net/publication/260419589_Shape_memory_polymer_hexachiral_auxetic_structures_with_tunable_stiffness

      que analiza profundamente el patrón.

      Elegí estas estructuras para imprimir porque sentí que permitirían que el "globo" explotara de manera uniforme, manteniendo algo de tensión, pero no todas. La contracción que ves es el resultado de la eliminación del aire comprimido (¡el video es muy rápido en esa sección!).

      El material que destaqué es silicona; lo más duro que pude conseguir fue Shore 73A, pero con aditivos minerales lo aumenté a más de 80A.
      Como mencioné anteriormente, no son músculos artificiales reales (todavía), porque creé solo las partículas pasivas (¡hasta ahora!), Y no los electrodos necesarios.

  • marca dice:

    ¿Alguien aquí tiene experiencia en agregar el cuarto eje a una impresora 3D? Me imagino que sería como el cuarto eje (giratorio) en una máquina CNC, pero tengo problemas para ver cómo funcionarían las capas aquí. ¿O debería pensar en la capa como una estructura envuelta en 3D?

    • JohnnyRico dice:

      Piense en la capa como una ruta de herramienta. Esto es más que una impresora 3.5d, porque el eje en el que imprime es solo una superficie curva. A medida que gira la superficie curva, la máquina mueve la herramienta. Por lo tanto, la capa o trayectoria de la herramienta se aplica simplemente a una superficie 3D en oposición al plano de una máquina FDM normal.

      • marca dice:

        Ahh ... Ahora veo. Gracias.

    • Fergal Coulter dice:

      Hay algunos trucos para tener un cuarto eje en la fabricación adicional sobre los CNC delgados; una de las partes más difíciles es mantener un espesor de material constante que sobresalga de la superficie. Esto se debe al sustrato (el globo en este caso) aumentando y disminuyendo en circunferencia, y así, a medida que gira, la velocidad lineal de la superficie cambia. Para compensar esto, el movimiento del cabezal de impresión y la velocidad de rotación del sustrato disminuyen en proporción al aumento de la velocidad de la superficie.

      Descubrí que es mejor preservar la geometría descrita en coordenadas polares y convertirlas solo a cartesianas (XYZ & Ө) al final.

      La geometría es una estructura muy envolvente cuando se genera, pero la desdoblo, bastante similar a cómo se puede aplanar una proyección del mundo en un mapa.
      https://eo.wikipedia.org/wiki/Map_projection#Pseudocylindrical

      Cada capa agregada se puede calcular compensando la superficie (básicamente calculando cómo sería el globo si se inflara por igual en 0.4 mm para cada capa.
      ¡Es un proceso difícil de explicar completamente!

      Básicamente, lo que JohnnyRico dice aquí es correcto, ¡aunque no estoy seguro de cómo se vería una mitad extra de "dimensión"! Esta es una verdadera impresora 3D de cuatro caras que puede hacer objetos "impresos en 4D" (es decir, objetos que cambian de forma y geometría después del proceso de impresión)

      • marca dice:

        Entonces, ¿cómo podría uno tomar una capa y envolverla en una estructura 3D (en software)? Puedo ver cómo se imprimiría alrededor de la circunferencia de un cilindro, por ejemplo, simplemente girando el cuarto eje en lugar de mover el eje Y (o el eje X según su perspectiva).

América Aguilar
América Aguilar

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.