新加坡SUTD大學(xué)采用FL-3DP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3D打印軟性機(jī)器人功能組件的新方法

2022年4月9日，南極熊獲悉，新加坡科技與設(shè)計(jì)大學(xué)(SUTD) 開發(fā)了一種采用自由形式液體3D打印(FL-3DP)技術(shù)的新方法，可以打印出性能更強(qiáng)和更復(fù)雜的軟性機(jī)器人組件。

△利用屈服應(yīng)力水凝膠對具有高復(fù)雜性的軟性機(jī)器人的功能軟組件進(jìn)行3d打印。圖片來自新加坡SUTD

FL-3DP是一種新興技術(shù)，具有很高的潛力，可實(shí)現(xiàn)多材料功能組件的3D打印。它利用凝膠作為臨時(shí)懸浮介質(zhì)，墨水在其中噴射并保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｒ坏┠?，凝膠就可以很容易地洗掉。

這種方法克服了目前3D打印技術(shù)中遇到的兩個(gè)難題。首先，解決了3D打印在擠壓時(shí)需要較長時(shí)間才能凝固的問題。其次，由于其具有保持墨水持續(xù)液態(tài)的能力，先進(jìn)的幾何形狀（例如具有高縱橫比的懸垂結(jié)構(gòu)形狀或多種材料的精細(xì)組合）已成為一種設(shè)計(jì)可能。

但早期的FL-3DP技術(shù)被認(rèn)為功能還不完善，同時(shí)不能制造復(fù)雜的組件，只能制造單一材料結(jié)構(gòu)或簡單的形狀，如殼和網(wǎng)格。

盡管這項(xiàng)技術(shù)的前景很好，但缺乏更復(fù)雜的構(gòu)建程序，經(jīng)過研究，這部分可以通過調(diào)節(jié)油墨和支架之間的接口來實(shí)現(xiàn)，從而要求更高的打印分辨率。

△FL-3DP 3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軟性機(jī)器人功能組件的新方法。圖片來自新加坡SUTD

SUTD的科學(xué)家們通過深入研究支持凝膠和油墨之間的流變性能和界面穩(wěn)定性，提高了打印分辨率和保真度。這一結(jié)果允許使用FL-3DP技術(shù)制造集成多種材料的復(fù)雜彈性體組件和改進(jìn)更復(fù)雜的幾何形狀。

該研究已在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上發(fā)表（點(diǎn)我傳送門）。

用于機(jī)器人的精密氣動組件，用于機(jī)器人軟性夾具。這是為了說明FL-3DP與傳統(tǒng)制造方法(如成型和鑄造)相比的優(yōu)點(diǎn)。

通過整合軟、硬和功能性彈性體，研究人員能夠準(zhǔn)確控制部件的形狀變形，通過固定軟夾具表面的摩擦或提供傳感功能來調(diào)整其功能，與傳統(tǒng)鑄造的同類產(chǎn)品相比，零部件的使用壽命提高了近10倍。

△多材料軟性夾具3d打印結(jié)合柔軟和堅(jiān)硬的彈性體。圖片來自新加坡SUTD

眾所周知，獲得的這些結(jié)果是全球科研人員共同努力的一部分，標(biāo)志著基于擠壓的3D打印進(jìn)入新時(shí)代。改進(jìn)后的方法為設(shè)計(jì)人員和工程人員提供了更廣闊的設(shè)計(jì)空間，具有廣闊的應(yīng)用前景。

新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)研究首席研究員兼助理教授Pablo Valdivia y Alvarado補(bǔ)充道，：“FL-3DP 和其他基于擠壓的新型增材制造工藝正在讓我們越來越接近完全直接共制造復(fù)雜功能系統(tǒng)（例如機(jī)器人和其他復(fù)雜功能產(chǎn)品和設(shè)備）的最終目標(biāo)。”

目前，該團(tuán)隊(duì)正在努力通過提出一種新的懸浮介質(zhì)來擴(kuò)大可加工材料的范圍，這種懸浮介質(zhì)在與更多的墨水兼容。