Der Aerosol-Jet-Druck Dielektrischer Elastomere als additives Fertigungsverfahren für elastische mechatronische Komponenten
Sebastian Reitelshöfer
Wesentlicher Gegenstand der Dissertationsschrift ist die Erforschung eines neuartigen additiven Fertigungsansatzes zur Herstellung elastischer mechatronischer Komponenten. Es wird die Kombination von Variationen und Weiterentwicklungen des Aerosol-Jet-Druck Verfahrens zur Produktion gestapelter Dielektrischer Elastomere beschrieben. Den Rahmen eines prototypischen Anwendungsfalls zur Ableitung der notwendigen und wünschenswerten Eigenschaften solcher flexiblen mechatronischen Systeme und damit letztlich der Anforderungen an ein Fertigungsverfahren bilden nachgiebige und damit anpassungsfähige Robotersysteme. Deren makroskopisch wirksame Kinematiken und Wirkflächen vereinen einen Merkmalskatalog hinsichtlich ihrer grundlegenden Konzepte und ihrer Anforderungen an einen Fertigungsansatz, der zukünftig auch einen Übertrag der gewonnenen Erkenntnisse auf andere Anwendungsdomänen flexibler mechatronischer Systeme erlaubt.
Die dargestellten Methoden zur Herstellung von flexiblen Elektroden, Silikon-Dielektrika und integrierter Aktoren und Sensoren umfassen zum einen den Multi-Aerosol-Druck von RTV2-Silikonen zur programmierbaren Fertigung von Silikonlagen mit Schichtdicken im Bereich von 10 µm und deren Stapelung zu Volumenkörpern mit mehreren hundert Lagen. Weiterhin werden neuartige Ansätze zum zeiteffizienten Aerosol-Jet-Druck von elastischen Elektrodenstrukturen auf der Basis von reduziertem Graphenoxid vorgestellt. Der deren Herstellung erfolgt mittels eines neuartigen Hybrid-Atomizers, der die pneumatische und die ultraschallbasierte Aerosolerzeugung kombiniert. Daneben wird der Direktdruck von gefüllten Polymermatrizen durch die Kombination von drei Aerosolströmen beschrieben. Mit diesen neuartigen Ansätzen wird die Herstellung von prototypischen elastischen mechatronischen Komponenten in einem integrierten Prozessgerät demonstriert.
Die dargestellten Methoden zur Herstellung von flexiblen Elektroden, Silikon-Dielektrika und integrierter Aktoren und Sensoren umfassen zum einen den Multi-Aerosol-Druck von RTV2-Silikonen zur programmierbaren Fertigung von Silikonlagen mit Schichtdicken im Bereich von 10 µm und deren Stapelung zu Volumenkörpern mit mehreren hundert Lagen. Weiterhin werden neuartige Ansätze zum zeiteffizienten Aerosol-Jet-Druck von elastischen Elektrodenstrukturen auf der Basis von reduziertem Graphenoxid vorgestellt. Der deren Herstellung erfolgt mittels eines neuartigen Hybrid-Atomizers, der die pneumatische und die ultraschallbasierte Aerosolerzeugung kombiniert. Daneben wird der Direktdruck von gefüllten Polymermatrizen durch die Kombination von drei Aerosolströmen beschrieben. Mit diesen neuartigen Ansätzen wird die Herstellung von prototypischen elastischen mechatronischen Komponenten in einem integrierten Prozessgerät demonstriert.
