Výběr silikonových surovin pro robotiku vyžaduje komplexní posouzení čtyř klíčových rozměrů: scénář aplikace, vlastnosti materiálu, kompatibilita procesu, náklady a udržitelnost . Specifická strategie a analýza výběru jsou následující:
1. Určete základní požadavky na základě scénáře aplikace
Integrace taktilního senzoru
Požadavek: Vložení vodivého materiálu (jako je stříbrná pasta nebo uhlíkové nanotrubice) nebo struktura pole mikroneedle je vyžadována k dosažení taktilní zpětné vazby .
Příklad: Měkký senzor na bázi silikonu vyvinutý týmem UBC používá slabé elektrické pole k smyslové síle, což umožňuje přesné uchopení vajec . To vyžaduje silikonový materiál s vynikající vodivostí a flexibilitou (jako je grafen/silikonový kompozit s prodloužením větší než 500%) . ..
Přizpůsobivost extrémnímu prostředí
Požadavek: Odolnost proti vysoké teplotě (-50 stupeň na 250 stupňů) a chemická odolnost (například v olejovém prostředí) .
Řešení: Použití hydrofobního nanokojení (kontaktní úhel větší než 150 stupňů) rozšiřuje životnost senzoru na 100, 000 cykly; Výběr silikonu odolného odolné vůči vysoké teplotě (jako je LSR kapalina silikonová guma, která vydrží teploty přesahující 200 stupňů) . lékařská robotika
Požadavky: Biokompatibilita (certifikována ISO 10993), biologická rozložitelnost (jako je elektronická kůže na bázi chitosanu) .
Příklad: Senzor číslice snižuje náklady na jednu pětinu tradičních řešení pomocí optimalizované silikonové formulace (tvrdost 25 pobřeží A) a automatizované výrobní procesy a zároveň splňuje bezpečnostní standardy lékařské třídy .
II . odpovídající požadavky na výkon založené na vlastnostech materiálu
Tvrdost a pružnost
Robotické klouby vyžadují střední tvrdost (20-30 Shore a), aby se vyvážila flexibilita a podpora a zabránila nadměrné deformaci, která ovlivňuje přesnost pohybu .
Bionická kůže: Pro simulaci doteku lidské tkáně . je například biomimetický taktilní senzor vyvinutý týmem Pan Lijia na Nanjingově univerzitě vyžadován ultrakometrovou tvrdost (0-18 Sheear Force (}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}. ) .
Pevnost v tahu a pevnost slzy
Pro dlouhodobé scénáře mechanického pohybu: Pevnost v tahu větší než nebo rovná 5MPA a pevnost slzy větší než nebo rovna 14 kN/m, aby vydržela opakované ohýbání a protahování . Pro statické scénáře zobrazení, může být požadavek na pevnost, ale mírně nižší transparentnost než snižující se snižující než plnění Silicone) .
Vodivost a stabilita signálu
Triboelektrické senzory: Měl by být vybrán vysoce vodivý silikon (jako jsou ty, které zahrnují uhlíkové nanotrubice), kombinovány s algoritmem kompenzace dynamického magnetického pole pro řešení driftu signálu .
Vizuální hmatové senzory: Měl by být vybrán vysoce průhledný silikon (jako je silikonový vyztužený z pórovaného oxidu křemičitého, který nabízí vyšší průhlednost), spolu s vícesměrovou mikrokamerou pro zachycení deformace .
III . Kompatibilita procesu: zajištění proveditelnosti výroby
Proces formování
Lisování vstřikování: Vhodné pro rozsáhlou produkci, by měla být vybrána kapalina LSR Liboavision LSR, která může být automaticky a nepřetržitě přiváděna do injekčního lištového stroje .
3D tisk: Vhodné pro přizpůsobené komplexní struktury (jako jsou návrhy bionických kostí), by měly být vybrány tisknutelné silikonové materiály (například 3D technologie tisku založené na digitálních dvojčkách může snížit cykly přizpůsobení z 2 týdnů na 48 hodin) .
Kvalita plísní: Silikonové výrobky jsou obvykle formovány a přesnost plísní přímo ovlivňuje výnos . Vysoce přesné formy (jako jsou CNC-machinované formy) by měly být vybrány, aby se zabránilo otřepům a deformaci . vulkanizační proces
Vysokoteplotní vulkanizace: Vhodné pro produkty silně stěn (jako jsou robotické pouzdra), vyžadující přísnou kontrolu teploty (150-200 stupeň) a doba vytvrzování (10-30 minuty) .
Vulkanizace pokojové teploty: Vhodné pro produkty s tenkou stěnou (jako jsou senzorové kůže), vyžadující přidání katalyzátoru (jako je platinový katalyzátor) k urychlení vytvrzování .
IV . Náklady a udržitelnost: Vyvážení výkonnosti a dostupnost
Struktura nákladů
Silikon pro robotiku: Jednotková cena je přibližně 80-120 yuan/kg, s vyššími náklady po integraci senzorů . Výroba ve velkém měřítku (jako je 3D tisková technologie založená na digitálních dvojčkách) může snížit náklady o 60%{.
Silikon lékařské třídy: Drahý (přibližně 150-300 yuan/kg), ale standardizovaná výroba (jako je proces automatizace digitárního senzoru) může snížit ceny .
Udržitelnost
Ekologické materiály: Vyberte biologicky rozložitelný silikon (jako je elektronická kůže na bázi chitosanu), abyste snížili znečištění životního prostředí .
Procesy pro úsporu energie: Použijte technologii vulkanizace s nízkou teplotou (jako je vulkanizací pokojové teploty) ke snížení spotřeby energie . V .
Analýza požadavků: Identifikujte scénáře aplikací robota (e . g ., průmyslová, lékařská, služba), funkční požadavky (E . g ., taktilní zpětná vazba, environmentální přizpůsobivost) a bezpečnostní standardy (E .} Fda) .
Screening materiálu: Vyberte silikonový typ (E . g ., LSR, složený guma), tvrdost (0-50 pobřeží a) a vodivost (zda je vyžadován vodivý materiál) na základě požadavků .
Ověření procesu: Vytvářejte vzorky pro testování výkonu (E . g ., pevnost v tahu, pevnost slzy, stabilita signálu) a posoudit výrobní náklady a proveditelnost .
Hmotnostní výroba: Přísně kontrolujte poměry surovin, teplota vulkanizace a přesnost plísní, aby byla zajištěna konzistence produktu .