旋轉多材料3D製出柔性螺旋結構

據新一期《先進材料》雜誌報道，美國哈佛大學工程師開發出一種旋轉多材料3D列印新技術，列印出柔性螺旋結構，可用作機械人的肌肉或其他組件，使機械人在充氣時能以可預測的方式彎曲和變形。該技術為製造複雜的機械人元件提供了有效工具。

由柔韌且生物相容材料製成的柔性機械人在醫療、工業製造等行業需求迫切，但精確設計和控制此類機械人以滿足特定用途仍是一大挑戰。新技術結合了哈佛大學開發的多種3D列印技術，繞過了通常用於製作柔性機械人的傳統鑄件和模具。其採用旋轉多材料3D列印技術，其中一個噴嘴允許同時列印多種材料。隨着機器旋轉和重新定向，它會按照定制圖案擠出墨水。

利用這一通用方法，研究人員製造了由聚氨酯外殼和一種常見於髮膠中的聚合物組成的內通道。這些細絲可成線排列，既有平坦也有凸起的圖案。通過精確控制印表機噴嘴的設計、轉速和物料流動速率，研究人員程式設計了每個內部通道的方向、形狀和大小。

外殼固化後，研究人員又沖洗掉類似髮膠的內部通道，剩下帶有空心通道的管狀結構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。

這項研究為傳統柔性機械人製造方法提供了替代方案。傳統方法通常是將柔性材料鑄造到模具中，在表面設計氣動通道，再封裝另一層形成通道。而新方法無需模具，只需列印結構，快速程式設計，並且能快速定制執行系統。

為了驗證新技術，研究人員螺旋列印了一個花朵圖案，還列印了一個有五根手指的手掌，手指帶有可彎曲的關節。這些成果展示了將這種快速製造技術應用於從手術機械人到人體輔助裝置等多個領域的潛力。

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