title: Einstellung anisotroper Eigenschaften dielektrischer Elastomersysteme mittels eines selektiven Druckverfahrens
title: Adjustment of anisotropic properties of dielectric elastomer systems using a selective printing process
Creators: name: Martin, Sina
Publisher: name: FAU University Press
Year: 2024
Subjects: subject: Ingenieurwissenschaften
subject: Maschinenbau
subject: Produktionstechnik
subject: Dielektrische Elastomere
subject: Anisotropie
subject: Perkolation
subject: additive Fertigung
subject: Aerosol-Jet-Druck
subject: Aktoren
subject: Sensoren
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::60 Technik::600 Technik und Technologie
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::62 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Bereiche
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::62 Ingenieurwissenschaften::629 Andere Fachrichtungen der Ingenieurwissenschaften

description: Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-789-0.
description: Moderne mechatronische Systeme nutzen biologische Prinzipien, um die Funktionalität zu verbessern. Daher wird in dieser Arbeit das isotrope Verhalten von dielektrischen Elastomeren über einen bionischen Designansatz zu einem anisotropen Verhalten angepasst. Um dies zu erreichen, wird eine additive Fertigungstechnologie eingesetzt, die eine definierte und heterogene Verteilung von elektrisch leitfähigen Partikeln ermöglicht. Für die Aktoren wird ein segmentiertes Elektrodendesign getestet, während die Sensoren auf heterogenen Partikelclustern basieren. Die elektromechanische Kopplung der Elektrodensegmente dielektrischer Elastomeraktoren zeigt, dass zwischen dem Anisotropieverhältnis und der maximalen uniaxialen Auslenkung eine inverse Korrelation besteht. Bei dielektrischen Elastomersensoren ermöglicht die heterogene Verteilung der Partikel die Erfassung der Amplitude und Richtung einer Kraft. Bei geringen Verformungen lässt sich ein linearer Zusammenhang zwischen dem Elektrodenwiderstand und der aufgebrachten Dehnung erkennen. Die Bedeutung der Ergebnisse wird anhand von zwei praktischen Beispielen verdeutlicht. Als funktionelles Irisimplantat kann die Ausdehnung durch die anisotrope Gestaltung erhöht werden. Weiterhin ermöglicht ein anisotroper Sensor die vollständige Charakterisierung von Handgelenksbewegungen. In dieser Dissertationsschrift werden gedruckte anisotrope Elektroden als konventionelle Membranaktoren verwendet, wobei weitere Verbesserungen durch alternative Aufbauformen oder Vordehnung erwartet werden.
description: Modern mechatronic systems often try to mimic biological principles to improve functionality. As a result, soft components are becoming increasingly important, but are lacking in terms of performance or portability. In this thesis, the isotropic motion of dielectric elastomers is adapted to an anisotropic behaviour, following a bionic design approach. To achieve this, an additive manufacturing technology is used that allows a defined and heterogeneous distribution of electrically conductive particles. A segmented electrode design is being tested for the actuators, while the sensors are based on heterogeneous particle clusters. As a result, the electromechanical coupling of the electrode segments of dielectric elastomer actuators leads to anisotropic motion, revealing an inverse correlation between the anisotropy ratio and the maximum uniaxial displacement. In particular, the special case where all the electrodes are rim electrodes shows advantageous anisotropic properties. For dielectric elastomer sensors, the heterogeneous particle distribution allowed the detection of force amplitude and direction. A linear correlation between electrode resistance and applied strain can be found for small deformations. Whereas the magnitude of the linear range depends on the path distance. The relevance of the results is demonstrated by two practical examples. As a functional iris implant, the diaphragm expansion can be increased due to the anisotropic design of the electrode segments. Furthermore, the defined heterogeneity of an anisotropic sensor allows the complete characterisation of wrist movements. In this first description printed anisotropic electrodes in dielectric elastomers are used as conventional membrane actuators. Further improvements are expected by implementing alternative designs or pre-stretching.
description: FAU Studien aus dem Maschinenbau