多材料3D打印技術取得重大突破
時間：2019-02-26 08:25 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
一般來講，剛性驅動器，也稱為夾持器，是機器人的標準配置；它們具有軟涂層，以避免劃傷機器人所接觸的任何物體表面，但最終驅動器必須相對堅硬，以承受所舉物體的重量。對于涉及到更輕、易碎物體的應用，硬性驅動器必須換成更軟、更靈活的驅動器。現在，來自新加坡科技設計大學和上海交通大學的研究團隊開發出了具有可調剛度的3D打印多材料驅動器，這可以避免因任務不同而不得不更換驅動器。
這款驅動器包括一層活化形狀記憶聚合物(SMP)，該材料可以根據溫度的變化而改變剛度。先前，嘗試用形狀記憶聚合物制造驅動器，其結果并不理想，響應緩慢，清晰度有限。但該跨國研究團隊使用直寫成型技術和多材料3D打印技術，將加熱元件和冷卻元件插入驅動器中，從而研發出首個快速響應、剛度可調的軟性驅動器。
此項目的共同負責人之一，新加坡科技設計大學科學和數學系的助理教授Qi (Kevin) Ge說道：“我們將商用噴墨多材料3D打印技術與直寫成型技術相結合，制造出全打印快速響應、剛度可調的驅動器，嵌入式形狀記憶聚合物層可以形成剛度可調性，而快速響應則由于嵌入式加熱元件和冷卻元件。”
形狀記憶聚合物層使得驅動器的硬度是基材的120多倍，還不失靈活性，并且，得益于溫度控制元素，在僅僅32秒內，驅動器可以經受整個冷熱循環(從25°C上升到70°C，然后回落至25°C)！葛教授說道：“變形驅動器在其僵硬狀態下甚至在釋放壓縮空氣之后，可以執行荷載任務。更重要的是，冷熱循環可以在大約半分鐘內完成。”
此外，該團隊還設計了計算機模型，用于指導后續驅動器的設計。新加坡科技設計大學博士后研究員、論文共同第一作者張元芳說道：“我們還建立了計算模型，以模擬首個驅動器的機械性能和熱電性能，一旦通過實驗驗證，這些模型將用于指導快速響應、剛度可調驅動器的設計，并幫助提升負載能力。
當然，沒有經過實踐檢驗，任何研究都是不完整的，所以研究團隊制作了帶有三個快速響應、剛度可調驅動器的機械手，并演示了它舉起和抓取各種物體，包括燈泡和啞鈴。項目共同負責人Guoying Gu教授解釋道：“為了展示原型的高負載能力和形狀自適應性，我們設計了快速響應、剛度可調的驅動器的機械手，可以抓取和舉起任意形狀和10克到1.5公斤之間不同重量的物體。”3D打印驅動器，響應快速，剛度可調，它幫助研究人員設計出的機械手與人手有著相似的靈活性。人手具有動態剛度，這得益于骨骼、肌肉、肌腱、血液、脂肪和皮膚之間的協作，因此設計并制造出與人類的手十分相似的模型，是十分復雜的，但借助于3D打印，研究人員正在穩步實現這一目標！
這款驅動器包括一層活化形狀記憶聚合物(SMP)，該材料可以根據溫度的變化而改變剛度。先前，嘗試用形狀記憶聚合物制造驅動器，其結果并不理想，響應緩慢，清晰度有限。但該跨國研究團隊使用直寫成型技術和多材料3D打印技術，將加熱元件和冷卻元件插入驅動器中，從而研發出首個快速響應、剛度可調的軟性驅動器。
此項目的共同負責人之一，新加坡科技設計大學科學和數學系的助理教授Qi (Kevin) Ge說道：“我們將商用噴墨多材料3D打印技術與直寫成型技術相結合，制造出全打印快速響應、剛度可調的驅動器，嵌入式形狀記憶聚合物層可以形成剛度可調性，而快速響應則由于嵌入式加熱元件和冷卻元件。”
形狀記憶聚合物層使得驅動器的硬度是基材的120多倍，還不失靈活性，并且，得益于溫度控制元素，在僅僅32秒內，驅動器可以經受整個冷熱循環(從25°C上升到70°C，然后回落至25°C)！葛教授說道：“變形驅動器在其僵硬狀態下甚至在釋放壓縮空氣之后，可以執行荷載任務。更重要的是，冷熱循環可以在大約半分鐘內完成。”
此外，該團隊還設計了計算機模型，用于指導后續驅動器的設計。新加坡科技設計大學博士后研究員、論文共同第一作者張元芳說道：“我們還建立了計算模型，以模擬首個驅動器的機械性能和熱電性能，一旦通過實驗驗證，這些模型將用于指導快速響應、剛度可調驅動器的設計，并幫助提升負載能力。
當然，沒有經過實踐檢驗，任何研究都是不完整的，所以研究團隊制作了帶有三個快速響應、剛度可調驅動器的機械手，并演示了它舉起和抓取各種物體，包括燈泡和啞鈴。項目共同負責人Guoying Gu教授解釋道：“為了展示原型的高負載能力和形狀自適應性，我們設計了快速響應、剛度可調的驅動器的機械手，可以抓取和舉起任意形狀和10克到1.5公斤之間不同重量的物體。”3D打印驅動器，響應快速，剛度可調，它幫助研究人員設計出的機械手與人手有著相似的靈活性。人手具有動態剛度，這得益于骨骼、肌肉、肌腱、血液、脂肪和皮膚之間的協作，因此設計并制造出與人類的手十分相似的模型，是十分復雜的，但借助于3D打印，研究人員正在穩步實現這一目標！
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