實驗名稱：水(shui)下電(dian)極涂覆器(qi)件(jian)功能化驅(qu)動

　　研究方向：隨著3D打(da)(da)(da)印(yin)技術的發展，出現了(le)眾多新型(xing)(xing)功能(neng)性(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)的打(da)(da)(da)印(yin)，包括柔性(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)和(he)特種工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)塑料(liao)在(zai)內的新型(xing)(xing)耗材(cai)代表了(le)新的發展潮流。雖(sui)然(ran)柔性(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)在(zai)智能(neng)傳感、柔性(xing)(xing)(xing)驅動上有著深入研(yan)(yan)究(jiu)，但是往往其制(zhi)作過程(cheng)(cheng)比(bi)較復雜，重(zhong)復性(xing)(xing)(xing)設(she)計多，因(yin)此需要(yao)3D打(da)(da)(da)印(yin)來簡(jian)化(hua)制(zhi)作工(gong)(gong)藝(yi)并(bing)加快優(you)化(hua)速度。特種工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)塑料(liao)性(xing)(xing)(xing)能(neng)優(you)異(yi)，但無(wu)法用(yong)常規3D打(da)(da)(da)印(yin)機制(zhi)作零(ling)部件，迄今(jin)國(guo)內外(wai)對特種塑料(liao)3D打(da)(da)(da)印(yin)工(gong)(gong)藝(yi)成型(xing)(xing)方面(mian)的研(yan)(yan)究(jiu)報道(dao)甚少(shao)。因(yin)此，本論文借鑒國(guo)內外(wai)相關先進技術，開發設(she)計了(le)一種高溫3D打(da)(da)(da)印(yin)機，可以實現柔性(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)和(he)特種工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)塑料(liao)的打(da)(da)(da)印(yin)，研(yan)(yan)究(jiu)了(le)柔性(xing)(xing)(xing)智能(neng)結構一體化(hua)打(da)(da)(da)印(yin)工(gong)(gong)藝(yi)和(he)PEEK內填充工(gong)(gong)藝(yi)，為實現功能(neng)性(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)的打(da)(da)(da)印(yin)應用(yong)提供參(can)考。

　　(1)開(kai)展了(le)3D打印(yin)柔性耗(hao)(hao)材(TPU)的擠出(chu)加工工藝實驗，重(zhong)點(dian)關注了(le)擠出(chu)工藝中溫(wen)度(du)參數的影響。通過(guo)分析(xi)不同溫(wen)度(du)狀態(tai)下的TPU耗(hao)(hao)材質量(liang)以及拉伸(shen)性能，發現隨(sui)著溫(wen)度(du)上升(sheng)，拉伸(shen)強度(du)呈(cheng)明顯下降趨勢，斷(duan)裂延伸(shen)率隨(sui)溫(wen)度(du)無(wu)明顯變化，以此確定了(le)確定適宜的擠出(chu)溫(wen)度(du)。

　　(2)結(jie)合介電(dian)(dian)彈性體(ti)驅動(dong)原理設計了軟(ruan)體(ti)機器魚和(he)軟(ruan)體(ti)抓(zhua)手的(de)結(jie)構形式，制(zhi)定了3D打印一體(ti)化成型工(gong)藝(yi)，包括預拉伸、涂(tu)電(dian)(dian)極、3D打印、裝電(dian)(dian)源這四個步(bu)驟。分別采用水(shui)下電(dian)(dian)極和(he)空氣電(dian)(dian)極的(de)涂(tu)覆方式實現了器件的(de)功能化驅動(dong)，其中軟(ruan)體(ti)機器魚實現了3cm/s的(de)穩定游動(dong)速(su)度，軟(ruan)體(ti)抓(zhua)手達到了10.1mN/g的(de)抓(zhua)取(qu)性能。

　　(3)設(she)計了雙腔臺式(shi)高溫(wen)(wen)3D打印(yin)機的(de)(de)(de)主要結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)，包(bao)括多用(yong)途打印(yin)頭(tou)、移動(dong)機構(gou)(gou)(gou)、鈑金外框(kuang)架、輔助機構(gou)(gou)(gou)等結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)組(zu)件(jian)。選用(yong)Corexy型移動(dong)機構(gou)(gou)(gou)和(he)ChiTuPro控(kong)制板，PTC加熱(re)+熱(re)輻射燈相結(jie)(jie)(jie)合的(de)(de)(de)加熱(re)系統(tong)，溫(wen)(wen)度由獨立的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度控(kong)制模(mo)塊控(kong)制。對噴(pen)嘴出(chu)絲(si)不流暢的(de)(de)(de)問(wen)題進(jin)行了有限元(yuan)模(mo)擬分析，得出(chu)實驗條(tiao)件(jian)下(xia)最佳0.4mm的(de)(de)(de)噴(pen)嘴結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)。

　　(4)對(dui)(dui)PEEK內(nei)填充工藝進(jin)行了探索，研究擠出溫度(du)、打(da)(da)印層厚(hou)、進(jin)料速度(du)對(dui)(dui)打(da)(da)印制(zhi)品(pin)內(nei)填充率的影響。實驗結果(guo)表明:降(jiang)低進(jin)料速度(du)，在(zai)提(ti)高打(da)(da)印溫度(du)的情況下，可提(ti)高填充率，而對(dui)(dui)打(da)(da)印層厚(hou)影響不大，并以(yi)此確定了適宜(yi)的打(da)(da)印參(can)數(shu)。這為以(yi)后(hou)產業化(hua)應用(yong)提(ti)供(gong)參(can)考依(yi)據.

　　實驗目的：驗證水下(xia)電極涂覆器件功能化驅動

　　測試設備：信號發生器(qi)、ATA-7000系列高(gao)壓放(fang)大器(qi)、3D打印材料

　　實驗過程：ATA-7100高(gao)壓(ya)(ya)(ya)放(fang)大(da)器(qi)最大(da)可將信號發生器(qi)產生的(de)(de)(de)(de)低壓(ya)(ya)(ya)信號放(fang)大(da)2000倍(bei)，最大(da)輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)為±10kVp，信號發生器(qi)經(jing)BNC線(xian)(xian)輸入高(gao)壓(ya)(ya)(ya)放(fang)大(da)器(qi)進(jin)行放(fang)大(da)，待(dai)3D打印完成后我們(men)需要對軟(ruan)(ruan)體(ti)(ti)(ti)魚(yu)(yu)的(de)(de)(de)(de)游(you)動(dong)(dong)狀態進(jin)行測試，這里(li)主(zhu)要采用外置的(de)(de)(de)(de)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)源（Aigtek7100）提供電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)動(dong)(dong)力函數發生器(qi)提供電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)波(bo)形，測試的(de)(de)(de)(de)設定(ding)參(can)數為電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)、波(bo)形和(he)頻(pin)率(lv)(lv)。值得注意的(de)(de)(de)(de)一點是連接線(xian)(xian)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)端(duan)需要保護起(qi)來(lai)，避免(mian)游(you)動(dong)(dong)時(shi)與水(shui)接觸，因此在軟(ruan)(ruan)體(ti)(ti)(ti)魚(yu)(yu)的(de)(de)(de)(de)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)線(xian)(xian)末端(duan)套(tao)上了硅膠薄(bo)膜和(he)絕緣線(xian)(xian)，選擇的(de)(de)(de)(de)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)線(xian)(xian)為細銅絲，盡量減少軟(ruan)(ruan)體(ti)(ti)(ti)魚(yu)(yu)在游(you)動(dong)(dong)過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)牽引(yin)線(xian)(xian)阻力。當軟(ruan)(ruan)體(ti)(ti)(ti)魚(yu)(yu)按(an)照既定(ding)的(de)(de)(de)(de)游(you)動(dong)(dong)軌(gui)跡(ji)游(you)泳時(shi)，逐漸(jian)從(cong)０開始(shi)增加頻(pin)率(lv)(lv)和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)，調整至(zhi)較佳的(de)(de)(de)(de)運(yun)動(dong)(dong)水(shui)平。從(cong)實驗效果來(lai)看，電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)6kV，正弦波(bo)，頻(pin)率(lv)(lv)5Hz，軟(ruan)(ruan)體(ti)(ti)(ti)魚(yu)(yu)的(de)(de)(de)(de)游(you)動(dong)(dong)保持(chi)著穩定(ding)水(shui)平。

　　圖(tu)1-1：實(shi)驗流(liu)程框圖(tu)

　　實驗結果：如(ru)圖(tu)所示，軟(ruan)(ruan)體魚(yu)游(you)動(dong)效(xiao)果(guo)良好，可(ke)(ke)以(yi)很好的(de)(de)(de)進行(xing)前行(xing)，此(ci)次參(can)數下(xia)的(de)(de)(de)游(you)動(dong)速度(du)為３ｃｍ／Ｓ，也就(jiu)是(shi)(shi)每秒１／4伸長的(de)(de)(de)游(you)動(dong)水平，達(da)到了較(jiao)佳(jia)的(de)(de)(de)游(you)動(dong)水平。當然這不(bu)(bu)是(shi)(shi)最快的(de)(de)(de)速度(du)，可(ke)(ke)加上的(de)(de)(de)最高電(dian)壓為１０ＫＶ，但是(shi)(shi)出現(xian)薄膜(mo)擊穿導致失效(xiao)的(de)(de)(de)可(ke)(ke)能性增大，在低水平電(dian)壓下(xia)驅動(dong)，軟(ruan)(ruan)體魚(yu)可(ke)(ke)以(yi)連續游(you)動(dong)２ｈ以(yi)上，且形態不(bu)(bu)發生明顯(xian)變化(hua)。本次測試(shi)的(de)(de)(de)軟(ruan)(ruan)體魚(yu)與電(dian)源之間(jian)是(shi)(shi)通過細(xi)銅絲連接的(de)(de)(de)，由(you)于銅絲長度(du)有限，因此(ci)游(you)動(dong)的(de)(de)(de)范圍較(jiao)小，如(ru)果(guo)能借住小型電(dian)源綁定在魚(yu)的(de)(de)(de)軀體上，那么可(ke)(ke)以(yi)實現(xian)高自由(you)度(du)的(de)(de)(de)游(you)動(dong)效(xiao)果(guo)。

　　圖1-2：軟(ruan)體魚游動狀態

　　產品(pin)推薦：ATA-7000系列(lie)高壓放(fang)大(da)器

　　圖：ATA-7000系列高壓放大器指標參數

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