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(kāi)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(duì)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(lái)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�。一旦墨水凝固，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(zhǎng)時(shí)間才能凝固的問(wèn)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(jiǎn)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(guò)研究，這部分可以通過(guò)調(diào)節(jié)油墨和支架之間的接口來(lái)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(lái)自新加坡SUTD

SUTD的科學(xué)家們通過(guò)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(mén)）。

用于機(jī)器人的精密氣動(dòng)組件，用于機(jī)器人軟性?shī)A具。這是為了說(shuō)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(guò)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(guò)固定軟夾具表面的摩擦或提供傳感功能來(lái)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?shī)A具3d打印結(jié)合柔軟和堅(jiān)硬的彈性體。圖片來(lái)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?cè)絹?lái)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(guò)提出一種新的懸浮介質(zhì)來(lái)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。