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3d打印的简单介绍 3d打印技术原理

技术简单原理

3d打印技术原理(3d打印简介)原创2021-08-09 17: 37素材
软机器人的出现给这些系统的底部喷射控制带来了新的挑战 。在这里，Ryan D. Sochol和来自美国马里兰大学的其他研究人员介绍了一种通过PolyJet 3D打印在单次打印运行中添加由完全集成的流体回路组成的材料来制造统一软机器人的策略 。相关论文在科学进展发表，题目是“集成流体回路的全3D打印软机器人” 。
纸质链接:
https://advances.sciencemag.org/content/7/29/eabe5257
在过去的十年中，柔性机器人领域已经确立了自己的地位，因为它特别适合于用传统的和刚性的机器人很难或不可能实现的应用 。依靠喷射装置(如液压和/或气动装置)驱动的柔顺材料给软机器人带来了一些固有的好处，特别是在人机交互的安全性、低成本和处理复杂和/或精密物体的结构适应性方面 。然而，目前，软机器人应用的一个关键障碍是增加独立软件执行器(或自由度)的数量，这些执行器通常需要相等或更多不同的控制输入 。为了减少或消除这种外部控制方案的需要，研究人员研究了一系列通过喷射逻辑增强软机器人自主性的方法 。
与手动将独立的喷射电路连接到软机器人的研究相反，人们越来越感兴趣的是将这些功能直接嵌入到软机器人系统中的能力 。值得特别关注的是Wehner等人报道的一种混合策略，即利用基于洁净室的多层软光刻协议制造微流控振荡器，然后利用各种制造技术，如计算机数控加工、多材料铸造、嵌入式牺牲直写、热固化/抽真空工艺、激光切割，最终实现一种可以周期性驱动的无约束软“章鱼机器人” 。然而，这种制造方法由于依赖于基于软光刻的喷射电路，因此在软机器人领域没有得到广泛应用 。此外，尽管研究人员已经证明了喷射阀的广泛功能，但基于这种制造方法实现更复杂的功能并不容易，尤其是基于压力增益操作的功能 。
为了更大规模地绕过上述挑战，Rothemund等人引入了一种软双稳态阀作为喷射模拟的电子施密特触发器 。遗憾的是，目前的改进方法都不能有效解决上述挑战 。因此，基于流体回路的柔性机器人替代制造方法仍然是关键需求 。
在这里，研究人员提出了一种新的策略，即通过多材料“PolyJet 3D打印”，在单一打印过程中添加材料来制造统一的软机器人系统和完全集成的流体回路(图1) 。最初，可以在计算机辅助设计(CAD)软件中设计和组装模块化组件，如流体回路元件、互连、接入端口、软机器人致动器和结构组件(图1A)，以生成具有完全集成的流体回路的软机器人的三维模型(图1B) 。虽然研究人员已经在软机器人和流体回路领域广泛使用了增材制造技术，但研究人员认为，PolyJet 3D打印是唯一适合同时制造两种类型系统作为统一实体的技术 。PolyJet打印是一种基于喷墨(材料喷射)的工艺，其中多种光反应性和牺牲性支撑材料平行分布(具有连续的紫外线剂量)以逐行和逐层产生3D物体 。
在这项工作中，研究人员通过添加材料，制作了一个完全集成的软机器人系统，即包括所有的软执行器；身体特征(任意设计)；以及流体回路部件、互连和端口(图1C和D以及相关动画) 。这个过程需要同时印刷三种不同的材料:(I)柔顺的光聚合物(图1C，黑色)；(ii)刚性光塑性材料(图1C，白色)；(iii)牺牲性水溶性支持材料(图1C，黄色) 。
图1 polyjet 3D打印统一软机器人系统的设计和添加制造策略，该系统在单次打印操作中包括完全集成的流体回路 。
图2基于PolyJet 3D打印的喷射电路组件的工作原理和结果，包括整合柔性(黑色)和刚性(白色)材料 。
图3恒流软件机器人乌龟的工作原理和实验结果 。
基于正弦输入的软件机器龟工作原理及实验结果 。
图5集成射流电路的预编程，基于非周期射流输入的柔性机械手的概念和结果 。
总之，本文研究人员提出的基于polyjet的策略提供了独特的前景，不仅提高了软机器人的可及性，还支持一定程度的再现性和设计通用性 。同时也是一种尚未见报道的替代方法 。
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