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研究人員制定高分辨率3D打印微型軟機器人指南

時間：2019-08-31 10:20 來源：中國3D打印網作者：中國3D打印網閱讀：次

中國3D打印網8月31日訊，新加坡科技設計大學（SUTD），南方科技大學（SUSTech）和浙江大學（ZJU）合作開發了3D打印微型軟機器人執行器的工藝流程指南。為了證明其添加劑制造的執行器的適用性，研究人員已經生產出一種帶有集成微型夾具的柔軟碎屑清除器。該團隊相信他們的工作在噴氣發動機維護和微創手術方面提供了潛在的應用。
微型軟機器人
柔軟的機器人由柔順的材料制成，能夠安全地適應復雜的環境并像生物一樣移動。隨著該領域的快速發展，軟機器人現在有各種各樣的設計，涵蓋從微米到亞微米的多個長度尺度。最近，科學家們擁有用于藥物輸送，組織工程和太空探索的3D打印軟機器人。

微型軟機器人是團隊特別感興趣的。這類軟機器人可以設計成僅由氣動壓力驅動的微型執行器的組合。這些毫米級機器人具有出色的安全性和可變形性。這些特性非常適用于諸如在狹窄區域中導航和操縱微尺度物體的應用。

  為了在制造這些機器人方面具有更大的靈活性，科學家們希望采用增材制造而不是傳統方法，如模塑和軟光刻。然而，3D打印微型軟氣動機器人的成功例子是罕見的。毫米尺寸機器人的設計復雜性需要非常精細的制造。當將軟氣動機器人縮小到微尺度時，在此過程中更精細的特征會丟失一個數量級以上。此外，對于氣動驅動必不可少的3D打印組件（例如微尺度空隙和通道）而言，這也是一個挑戰，而不會導致堵塞。
數字光處理微型軟機器人執行器
  數字光處理（DLP）是類似于立體光刻的3D打印過程，其使用投影儀而不是激光作為光源。 “我們利用DLP 3D打印的高效率和分辨率來制造微型軟機器人執行器。”SUSTech研究項目的首席研究員Qi（Kevin）Ge說。
  在DLP期間，通常將光吸收劑添加到聚合物溶液中以提高印刷分辨率。同時，過度增加劑量會導致材料彈性迅速降低，這對于軟機器人維持大變形至關重要。“為了確保印刷產品的可靠印刷保真度和機械性能，我們引入了一種新的范例，用于系統和有效地定制材料配方和關鍵加工參數，”Ge解釋道。

工藝流程指南首先選擇在投射的紫外光波長下具有良好吸光度的光吸收劑，并確定合適的材料配方。基于機械性能測試，這些步驟確保了打印分辨率和彈性之間的合理折衷。接下來，研究人員對固化深度和XY保真度進行了表征，以確定曝光時間和切片層厚度的合適組合。
然后將定制的結果應用于自建的多材料3D打印系統。研究人員使用他們的DLP 3D打印機生產了各種軟氣動機器人執行器，總體尺寸為2-15mm，特征尺寸為150-350μm。該團隊還設法將各種結構和變形模式引入執行器。
3D打印微型執行器
為了舉例說明3D打印微型致動器的潛在應用，設計了一種柔軟的碎屑去除器。去除器由3D打印的微型軟氣動夾具和連續操縱器組成。通過這種微型軟機器人3D打印技術制造，該設備可以在狹窄的空間中導航，并在難以到達的位置收集小物體。

所提出的方法為具有復雜幾何形狀和復雜多材料設計的3D打印微型軟機器人鋪平了道路。 “同樣的方法應與商用立體光刻（SLA）或DLP 3D打印機兼容，因為不需要進行硬件修改，”Ge補充道。將3D打印的微型軟氣動執行器集成到機器人系統中可以應用到諸如噴氣發動機維護和微創手術的應用。

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