Die dielektrischen elastischen Aktuatoren (DEA) sind vielseitige Geräte für verschiedenen Anwendungen, wie zum Beispiel auf dem Gebiet der Soft Robotik oder der Sensormesstechnik. Die additive Fertigung (AM) ermöglicht die Herstellung unterschiedlichen Materialien mit komplexen Geometrien in einem Schicht-für-Schicht-Prozess und Material-Extrusion (MEX) ist eine vielversprechende Unterkategorie davon. In diesem Prozess werden Filamente genutzt und durch einen Extruder geführt, um die Komponente auf sequenzielle Weise, Schicht für Schicht, zu drucken. Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung von Bauteilen aus mehreren Materialien. In dieser Studie wurde ein Multi-Extruder-Ansatz gewählt, um die Herausforderung der Verarbeitung von weichen Materialien und der Reinigung der Düsen aufgrund der Anwesenheit von Zusatzstoffen wie Grafit notwendig zu meistern.
Daher wurde ein neues Werkzeug entwickelt, um vier Extruder auf einer einzelnen Achse zu verwalten. Darüber hinaus wurden sie auf zwei getrennten beweglichen Halterungen montiert, die jeweils zwei Extrudern aufnehmen konnten. Doppel-Extruder haben sich in der Industrie etabliert und sind im kommerziellen Sektor weit verbreitet. Es ist eine effiziente und einfache Methode zur gleichzeitigen Verarbeitung von zwei Materialien in einem einzigen Druck. Um die Präzision und Konsistenz des selbstgebauten Druckers zu überprüfen, wurden verschiedene Messungen durchgeführt, einschließlich der Kapazität und der Gesamtdicke des hergestellten Bauteiles. Die Maschine musste zuverlässig Schichten mit einer Höhe von 70 μm herstellen. Die Abweichung erreichte maximal 8 %, was angesichts der Einschränkungen der Hardware ein gutes Ergebnis ist.
Ein weiterer Abschnitt der Arbeit konzentrierte sich auf die Analyse verschiedener Typen von Polyurethanen (TPU) für die Zwecke der DEA. Die Untersuchung zeigten die Auswirkungen unterschiedlicher Härtegrade und Druckorientierungen auf die Materialwahl. Die Experimente ergaben, dass die Verwendung einer Füllorientierung von entweder 0° oder 90° ähnliche Werte sowohl für das Young-Modul als auch für den Biegemodul hatten. Dies ist auf die nahtlose Verschmelzung der Stränge zurückzuführen, welche zu minimalen Unterschieden zwischen den Orientierungen führt. In Bezug auf den Härtegrad der Materialien zeigten sich vergleichbare Biegesteifigkeiten im Bereich von 83A bis 20D. Eine signifikante Zunahme von über 200 % im Young-Modul wurde nur beobachtet, wenn die Härte 40D erreichte. Die Module der TPUs, die als elektrisch leitfähige Materialien verwendet wurden, waren noch höher. Dieses Phänomen kann den Graphitpartikeln zugeschrieben werden, die sich innerhalb der Lücken in den Ketten einbinden, wodurch die Festigkeit des Materials erhöht wird.
Mit den hergestellten DEAs unterzogen sich Verschiebungsmessungen, um ihre Funktionalität zu bestimmen. Wie nach dem mechanischen Test erwartet, zeigten alle Aktautoren vergleichbare Verschiebungen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Kapazität des Aktuators der Hauptfaktor ist, der das Ergebnis beeinflusst. Wenn die Kapazität abnimmt, wird die Verschiebung proportional reduziert. Basierend auf den getesteten DEAs wurde eine Prototypenanwendung entworfen und hergestellt. Drei Aktuatoren wurden parallel miteinander verbunden und dienten als Greifarm.