研究人员制定高分辨率3D打印微型软机器人指南

时间：2019-08-31 10:20 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网8月31日讯，新加坡科技设计大学（SUTD），南方科技大学（SUSTech）和浙江大学（ZJU）合作开发了3D打印微型软机器人执行器的工艺流程指南。为了证明其添加剂制造的执行器的适用性，研究人员已经生产出一种带有集成微型夹具的柔软碎屑清除器。该团队相信他们的工作在喷气发动机维护和微创手术方面提供了潜在的应用。
微型软机器人
柔软的机器人由柔顺的材料制成，能够安全地适应复杂的环境并像生物一样移动。随着该领域的快速发展，软机器人现在有各种各样的设计，涵盖从微米到亚微米的多个长度尺度。最近，科学家们拥有用于药物输送，组织工程和太空探索的3D打印软机器人。

微型软机器人是团队特别感兴趣的。这类软机器人可以设计成仅由气动压力驱动的微型执行器的组合。这些毫米级机器人具有出色的安全性和可变形性。这些特性非常适用于诸如在狭窄区域中导航和操纵微尺度物体的应用。

  为了在制造这些机器人方面具有更大的灵活性，科学家们希望采用增材制造而不是传统方法，如模塑和软光刻。然而，3D打印微型软气动机器人的成功例子是罕见的。毫米尺寸机器人的设计复杂性需要非常精细的制造。当将软气动机器人缩小到微尺度时，在此过程中更精细的特征会丢失一个数量级以上。此外，对于气动驱动必不可少的3D打印组件（例如微尺度空隙和通道）而言，这也是一个挑战，而不会导致堵塞。
数字光处理微型软机器人执行器
  数字光处理（DLP）是类似于立体光刻的3D打印过程，其使用投影仪而不是激光作为光源。 “我们利用DLP 3D打印的高效率和分辨率来制造微型软机器人执行器。”SUSTech研究项目的首席研究员Qi（Kevin）Ge说。
  在DLP期间，通常将光吸收剂添加到聚合物溶液中以提高印刷分辨率。同时，过度增加剂量会导致材料弹性迅速降低，这对于软机器人维持大变形至关重要。“为了确保印刷产品的可靠印刷保真度和机械性能，我们引入了一种新的范例，用于系统和有效地定制材料配方和关键加工参数，”Ge解释道。

工艺流程指南首先选择在投射的紫外光波长下具有良好吸光度的光吸收剂，并确定合适的材料配方。基于机械性能测试，这些步骤确保了打印分辨率和弹性之间的合理折衷。接下来，研究人员对固化深度和XY保真度进行了表征，以确定曝光时间和切片层厚度的合适组合。
然后将定制的结果应用于自建的多材料3D打印系统。研究人员使用他们的DLP 3D打印机生产了各种软气动机器人执行器，总体尺寸为2-15mm，特征尺寸为150-350μm。该团队还设法将各种结构和变形模式引入执行器。
3D打印微型执行器
为了举例说明3D打印微型致动器的潜在应用，设计了一种柔软的碎屑去除器。去除器由3D打印的微型软气动夹具和连续操纵器组成。通过这种微型软机器人3D打印技术制造，该设备可以在狭窄的空间中导航，并在难以到达的位置收集小物体。

所提出的方法为具有复杂几何形状和复杂多材料设计的3D打印微型软机器人铺平了道路。 “同样的方法应与商用立体光刻（SLA）或DLP 3D打印机兼容，因为不需要进行硬件修改，”Ge补充道。将3D打印的微型软气动执行器集成到机器人系统中可以应用到诸如喷气发动机维护和微创手术的应用。

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