3D列印製備彈性可控的柔性驅動器
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07-05
隨著柔性材料的發展成熟，柔性驅動器的優勢也逐漸顯現，它可以隨著材料進行彎曲同時具備驅動材料運動的能力。然而，目前缺少簡單的製備多組分材料柔性驅動器的工藝。ManuelSchaffner等人利用3D列印的方式製備了氣動驅動的硅樹脂柔性驅動器，它是一個內部含有可充氣增強管的彈性體。這種增強結構模仿了人體肌肉的驅動原理，通過改變充氣量來完成拉伸、收縮、扭轉運動。
作者採用多組分材料的直寫工藝對感光性硅複合材料進行光固化列印，製備出了含有內部氣管的複雜形狀。在列印過程中，硅複合材料的彈性模量是隨時可調的。這是利用封端調控高分子的分子量大小，實現材料的非均質性能控制，如圖1所示。這種「材料編碼」的可控性設計是3D列印技術的一項主要優勢。
圖1 柔性驅動器的3D列印過程
3D列印的優勢在於可以對氣管方向進行任意設計，使材料可以完成不同類型的形狀變化。由此可以實現拉伸、彎曲、扭轉、抓取等多種不同的動作。如圖2所示，柔性驅動器可以將一個500g的重物實現抓取。
圖2 柔性驅動器實現拉伸、彎曲、扭轉、抓取等動作
隨著柔性機器人的逐漸普及，具有可控變形能力的柔性驅動器的設計將越來越完善、複雜，3D列印工藝將在這一新的領域起到不可替代的作用。
參考文獻
Schaffner, Manuel, et al. 3D printing of robotic soft actuators with programmable bioinspired architectures. Nature Communications, 9, 1.
供稿單位：機械製造系統工程國家重點實驗室
