Að velja kísill hráefni fyrir vélfærafræði krefst alhliða umfjöllunar um fjórar lykilvíddir: umsóknar atburðarás, efniseiginleikar, samhæfni vinnslu, kostnaður og sjálfbærni. Sérstök valstefna og greining eru eftirfarandi:
1. Ákveðið grunnkröfur byggðar á umsóknar atburðarásinni
Samþætting skynjara
Krafa: Fella leiðandi efni (svo sem silfurpasta eða kolefnis nanotubes) eða uppbyggingu microneedle fylkis er krafist til að ná áþreifanlegum endurgjöf.
Dæmi: Kísill-undirstaða mjúkur skynjari, þróaður af UBC teymi, notar veikt rafsvið til að skynja kraft, sem gerir kleift að ná nákvæmum gripum á eggjum. Þetta krefst kísillefnis með framúrskarandi leiðni og sveigjanleika (svo sem grafen/kísill samsett með lengingu sem er meiri en 500%).
Aðlögunarhæfni að öfgafullu umhverfi
Krafa: Háhitaþol (-50 gráðu til 250 gráðu) og efnaþol (svo sem í feitaumhverfi).
Lausn: Notkun vatnsfælna nanocoting (snertihorn meira en 150 gráðu) nær líftíma skynjarans í 100.000 lotur; Að velja háhitaþolið kísill (svo sem LSR fljótandi kísill gúmmí, sem þolir hitastig yfir 200 gráðu). Læknisfræðilega vélfærafræði
Kröfur: Biocompatibility (ISO 10993 Certified), lífbrjótanlegt (svo sem rafræn húð sem byggir á kítósan).
Dæmi: Digitskynjarinn dregur úr kostnaði við fimmtung af hefðbundnum lausnum með bjartsýni kísillblöndu (hörku 25 strönd A) og sjálfvirkir framleiðsluferlar, en einnig uppfylla öryggisstaðla læknisfræðinnar.
II. Samsvörunarkröfur byggðar á efnislegum eiginleikum
Hörku og mýkt
Vélmenni samskeyti þurfa miðlungs hörku (20-30 strönd A) til að halda jafnvægi á sveigjanleika og stuðningi og koma í veg fyrir óhóflega aflögun sem hefur áhrif á nákvæmni hreyfingar.
Bionic Skin: Ultra-mjúk hörku (0-18 strönd A) er nauðsynleg til að líkja eftir snertingu mannsvefja. Sem dæmi má nefna að lífefnafræðilegur áþreifanlegur skynjari, sem þróaður var af teymi Pan Lijia við Nanjing háskólann, notar fjöllags kísillbyggingu til að greina samtímis eðlilegan kraft (0,1-10n) og klippikraft (± 50 gráðu).
Togstyrkur og társtyrkur
Fyrir til langs tíma vélrænni hreyfingar atburðarás: Togstyrkur meiri en eða jafnt og 5MPa og társtyrkur meiri en eða jafnt og 14K/m til að standast endurtekna beygju og teygju. Fyrir truflanir á skjámyndum er hægt að lækka styrkþörfina á viðeigandi hátt og forgangsraða kísill með lægri kostnaði (sem býður upp á mikla hagkvæmni en aðeins lægra gegnsæi en fumed kísill).
Leiðni og stöðugleiki merkja
Velja skal mjög leiðandi kísill (eins og þá sem fella kolefnis nanotubes), ásamt kraftmiklum reikniritum fyrir segulsvið til að takast á við merkisdreifingu.
Sjónræn áþreifanleg skynjarar: Mjög gegnsætt kísill (svo sem kísill sem er styrkt með fumed kísil, sem býður upp á hærra gegnsæi) ætti að velja, ásamt fjölstefnu ör-myndavél til að fanga aflögun.
Iii. Ferli eindrægni: Tryggja hagkvæmni framleiðslu
Mótunarferli
Innspýtingarmótun: Hentar til stórfelldrar framleiðslu, ætti að velja LSR-kísill gúmmí með lágum seigjum, sem hægt er að gefa sjálfkrafa og stöðugt til inndælingarmótunarvélarinnar.
3D prentun: Hentar fyrir sérsniðin flókin mannvirki (svo sem bionic beinhönnun), ætti að velja prentvæn kísillefni (til dæmis 3D prentunartækni sem byggist á stafrænum tvíburum getur dregið úr aðlögunarlotu frá 2 vikum í 48 klukkustundir).
Mótgæði: Kísillafurðir eru venjulega mótaðar og nákvæmni mygla hefur bein áhrif á afrakstur. Velja skal mikla nákvæmni mót (svo sem CNC-vélknúna mót) til að forðast burr og aflögun. Vulcanization ferli
Vulkanisering með háum hitastigi: Hentar vel fyrir þykka veggjaðar vörur (svo sem vélmenni), sem krefst strangrar stjórnunar á hitastigi (150-200 gráðu) og ráðhússtíma (10-30 mínútur).
Vulcanization í herbergjum: Hentar fyrir þunnveggjar vörur (svo sem skynjara skinn), sem krefst viðbótar hvata (svo sem platínu hvata) til að flýta fyrir ráðhúsi.
IV. Kostnaður og sjálfbærni: Jafnvægisárangur og hagkvæmni
Kostnaðarbygging
Kísill fyrir vélfærafræði: Einingarverð er um það bil 80-120 Yuan/kg, með hærri kostnaði eftir að hafa samþætt skynjara. Stórfelld framleiðsla (svo sem 3D prentunartækni byggð á stafrænum tvíburum) getur dregið úr kostnaði um 60%.
Læknisfræðilegt kísill: dýrt (um það bil 150-300 Yuan/kg), en stöðluð framleiðsla (svo sem sjálfvirkni stafa skynjara) getur lækkað verð.
Sjálfbærni
Umhverfisvænt efni: Veldu niðurbrjótanlegt kísill (svo sem rafræn húð sem byggir á kítósan) til að draga úr umhverfismengun.
Orkusparandi ferli: Notaðu vulkaniserunartækni með lágum hitastigi (svo sem vulkanisering í herbergjum) til að draga úr orkunotkun. V. Mælt með valferli
Kröfugreining: Þekkja umsóknarsvið vélmenni (td iðnaðar, læknis, þjónustu), virkni kröfur (td áþreifanleg endurgjöf, aðlögunarhæfni umhverfis) og öryggisstaðlar (td ISO 10993, FDA).
Efnisskimun: Veldu kísillgerð (td LSR, samsett gúmmí), hörku (0-50 strönd A) og leiðni (hvort nauðsynlegt er að fella leiðandi efni) út frá kröfunum.
Ferli staðfesting: Framleiða sýni til að prófa árangur (td togstyrkur, társtyrkur, stöðugleiki merkja) og meta framleiðslukostnað og hagkvæmni.
Massaframleiðsla: Stjórna stranglega hráefnishlutföllum, hitastigi vulkaniserunar og nákvæmni myglu til að tryggja samræmi vöru.