Bien que l’impression 3D d’actionneurs soit un domaine de recherche relativement nouveau, l’intérêt dans ce domaine s’est accru en raison des applications potentielles d’actionneurs à petite échelle hautement adaptables et programmables dans la robotique à micro / méso-échelle, y compris les actionneurs en forme de cheveux imprimés en 3D. Un domaine de recherche commun a été celui des actionneurs souples pour d’éventuelles applications industrielles, où diverses technologies d’impression 3D – FDM, DLP, SLS, jet d’encre, Direct Ink Writing (DIW) et des plates-formes SLA sur mesure ont été utilisées pour construire des actionneurs multimatériaux avec des performances améliorées, fonctionnalité, flexibilité de conception et efficacité de production.

Applications de préhension industrielle Soft Actuator. Image reproduite avec l’autorisation de Virtual and Physical Prototyping 21 Journal

Les méthodes de fabrication traditionnelles pour les actionneurs miniatures dans la robotique douce, le moulage et la lithographie douce étaient limitées – et l’impression 3D a apporté plusieurs avantages par rapport à elles. Avec l’impression 3D, la liberté de conception inhérente signifie que les actionneurs peuvent être facilement adaptés à très petite échelle et peuvent même être conçus pour imiter avec précision des architectures bio-inspirées. Les applications sont maintenant avancées pour inclure l’impression 4D, que des chercheurs de l’Université Deakin et de l’Université Nottingham Trent ont établie dans cette étude.

Publié dans Prototypage visuel et physique en juillet, l’étude utilise des technologies d’impression 4D / impression 3D pour fabriquer des actionneurs pneumatiques (SPA) de type flexion douce qui répondent aux changements de pression d’air. Ces actionneurs imprimés en 4D / 3D sont fabriqués à l’aide d’élastomères et sont capables de fournir une variété de mouvements, tels que la flexion, la torsion, la rotation, le roulement, le saut, en réponse à de simples changements de pression d’air.

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Ces actionneurs sont supérieurs aux robots traditionnels dans les applications industrielles telles que l’emballage alimentaire, la récolte de fruits, l’exploration spatiale ou la chirurgie non invasive et offrent des propriétés améliorées en termes de flexibilité, de légèreté, d’amplitude et de répétabilité des mouvements, de facilité et de rentabilité dans la fabrication, entre autres. De tels procédés de fabrication imprimés en 4D / 3D pourraient également permettre la fabrication intégrée d’électronique embarquée comprenant des capteurs (résistifs, capacitifs, chimiques ou biologiques) dans des matériaux élastomères pour fournir des mécanismes de contrôle pour ces SPA miniaturisés.

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L’impression 4D / 3D permet le développement de telles fonctionnalités à micro-échelle haute résolution pour des applications à micro-échelle, bien qu’elle présente son propre ensemble de défis, comme le note l’étude,

La miniaturisation et la réduction d’échelle des SPA imprimés en 3D / 4D sont hautement souhaitables, en particulier en ajoutant les caractéristiques de taille micrométrique à des applications pratiques pour manipuler des objets délicats à micro-échelle, par ex. Néanmoins, une telle fonction doit être évolutive dans tous les composants clés des SPA, y compris les capteurs intégrés, l’électronique flexible et les contrôleurs. Cependant, la miniaturisation des SPA est limitée par la résolution des imprimantes 3D et les défis de l’impression 3D, comme éviter les cavités et les canaux à micro-échelle. « 

DIW, une technologie d’impression 3D basée sur l’extrusion utilisant des résines photopolymérisables, a été utilisée pour produire un SPA bio-inspiré programmable avec des propriétés mécaniques réglables. La méthode de fabrication utilisant DIW avait des avantages sur FDM, SLA, SLS, jet d’encre et DLP – qui produisaient peu de cavités, exigeaient des propriétés de rigidité et de fatigue variables, une résistance et un allongement à la rupture plus élevés. De nouvelles approches de l’impression 4D SPA ont développé des fonctions de vibration à tension automatique ou incorporé un type de soufflet et une fibre intégrée dans la matrice élastomère imprimée en 3D. En termes de durabilité, les SPA imprimés en 3D pourraient être conçus à l’aide de matériaux recyclables pour avoir moins d’impact environnemental avec des paramètres optimisés pour réduire son empreinte CO2 et ses déchets.

Une telle recherche a ouvert un large éventail de possibilités dans la conception, la fabrication automatisée, la modélisation et le contrôle des SPA imprimés en 4D et avec de nouvelles améliorations des matériaux, elle ouvrira la voie à la prochaine génération d’actionneurs de robot doux qui permettent de meilleures performances et une meilleure personnalisation. , nouvelles applications, rentabilité et durabilité, tout en rendant l’interaction homme-robot plus sécurisée que jamais.



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