Izdelava bimorfnih elektrotermičnih aktuatorjev običajno zahteva več korakov obdelave, kar omejuje prilagodljivost oblike. 3D-tiskanje z ekstruzijo termoplastov ponuja enoprocesno metodo za izdelavo kompleksnih geometrij iz več materialov brez dodatnega sestavljanja. Medtem ko so v enem procesu 3D-natisnjeni senzorji (npr. piezoresistivni ali piezoelektrični) obsežno raziskani, je razvoj aktuatorjev še vedno omejen. Ključni izzivi na področju v enem procesu 3D-natisnjenih termoplastičnih aktuatorjev vključujejo ortotropne, od časa in temperature odvisne materialne lastnosti, relaksacijo napetosti in kompleksnost zasnove za izdelavo v enem procesu.
V tej raziskavi sta predstavljena nova metoda 3D-tiskanja v enem procesu in analitični model za napovedovanje časovno odvisnega upogiba in blokirne sile večplastnih elektrotermičnih aktuatorjev. Aktuator je v celoti 3D-nastisnjen in je sestavljen iz treh slojev: sloja z visokim temperaturnim razteznostnim koeficientom (TRK), grelnega sloja in sloja z nizkim TRK. Predlagani analitični model vključuje ortotropne, od temperature odvisne lastnosti materiala in upošteva učinke relaksacije napetosti - dejavnike, ki so v konvencionalnih modelih zanemarjeni. Model predvidi časovno odvisen upogib in blokirno silo v odvisnosti od napajalne napetosti ter je eksperimentalno potrjen z uporabo aktuatorjev z dvema različnima konfiguracijama materiala.
Napovedi predlaganega modela se ujemajo z eksperimentalnimi rezultati, kar potrjuje natančnost in zanesljivost predlaganega pristopa. Skupaj z metodo izdelave v enem procesu celovit analitičen model zagotavlja trdno podlago za napredek pri razvoju 3D-natisnjenih elektrotermičnih aktuatorjev z izboljšano hitrostjo aktuacije. Rezultati poudarjajo potencial za razvoj zmogljivih elektrotermičnih aktuatorjev izdelanih v enem procesu primernih za aktivno krmiljene strukture s spreminjajočo se obliko. To delo odpira možnosti za integracijo funkcionalnosti aktuiranja v pametne in odzivne naprave, izdelane v enem procesu s 3D-tiskom.