旋轉(zhuǎn)多材料3D打印技術(shù)制出柔性螺旋結(jié)構(gòu) 可用作機(jī)器人肌肉或其他組件

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

記者：張夢(mèng)然

據(jù)新一期《先進(jìn)材料》雜志報(bào)道，美國(guó)哈佛大學(xué)工程師開(kāi)發(fā)出一種旋轉(zhuǎn)多材料3D打印新技術(shù)，打印出柔性螺旋結(jié)構(gòu)，可用作機(jī)器人的肌肉或其他組件，使機(jī)器人在充氣時(shí)能以可預(yù)測(cè)的方式彎曲和變形。該技術(shù)為制造復(fù)雜的機(jī)器人組件提供了有效工具。

一只帶有關(guān)節(jié)的3D打印手。圖片來(lái)源：哈佛大學(xué)劉易斯實(shí)驗(yàn)室

由柔韌且生物兼容材料制成的柔性機(jī)器人在醫(yī)療、工業(yè)制造等行業(yè)需求迫切，但精確設(shè)計(jì)和控制此類機(jī)器人以滿足特定用途仍是一大挑戰(zhàn)。新技術(shù)結(jié)合了哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)的多種3D打印技術(shù)，繞過(guò)了通常用于制作柔性機(jī)器人的傳統(tǒng)鑄件和模具。其采用旋轉(zhuǎn)多材料3D打印技術(shù)，其中一個(gè)噴嘴允許同時(shí)打印多種材料。隨著機(jī)器旋轉(zhuǎn)和重新定向，它會(huì)按照定制圖案擠出墨水。

利用這一通用方法，研究人員制造了由聚氨酯外殼和一種常見(jiàn)于發(fā)膠中的聚合物組成的內(nèi)通道。這些細(xì)絲可成線排列，既有平坦也有凸起的圖案。通過(guò)精確控制打印機(jī)噴嘴的設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速和物料流動(dòng)速率，研究人員編程了每個(gè)內(nèi)部通道的方向、形狀和大小。

外殼固化后，研究人員又沖洗掉類似發(fā)膠的內(nèi)部通道，剩下帶有空心通道的管狀結(jié)構(gòu)可加壓以向不同方向彎曲，形成能膨脹、收縮和抓握的柔性裝置。

這項(xiàng)研究為傳統(tǒng)柔性機(jī)器人制造方法提供了替代方案。傳統(tǒng)方法通常是將柔性材料鑄造到模具中，在表面設(shè)計(jì)氣動(dòng)通道，再封裝另一層形成通道。而新方法無(wú)需模具，只需打印結(jié)構(gòu)，快速編程，并且能快速定制執(zhí)行系統(tǒng)。

為了驗(yàn)證新技術(shù)，研究人員螺旋打印了一個(gè)花朵圖案，還打印了一個(gè)有5根手指的手掌，手指帶有可彎曲的關(guān)節(jié)。這些成果展示了將這種快速制造技術(shù)應(yīng)用于從手術(shù)機(jī)器人到人體輔助裝置等多個(gè)領(lǐng)域的潛力。