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3d打印的簡單介紹 3d打印技術原理

技術簡單原理

3d打印技術原理(3d打印簡介)原創2021-08-09 17: 37素材
軟機器人的出現給這些系統的底部噴射控制帶來了新的挑戰 。在這里，Ryan D. Sochol和來自美國馬里蘭大學的其他研究人員介紹了一種通過PolyJet 3D打印在單次打印運行中添加由完全集成的流體回路組成的材料來制造統一軟機器人的策略 。相關論文在科學進展發表，題目是“集成流體回路的全3D打印軟機器人” 。
紙質鏈接:
https://advances.sciencemag.org/content/7/29/eabe5257
在過去的十年中，柔性機器人領域已經確立了自己的地位，因為它特別適合于用傳統的和剛性的機器人很難或不可能實現的應用 。依靠噴射裝置(如液壓和/或氣動裝置)驅動的柔順材料給軟機器人帶來了一些固有的好處，特別是在人機交互的安全性、低成本和處理復雜和/或精密物體的結構適應性方面 。然而，目前，軟機器人應用的一個關鍵障礙是增加獨立軟件執行器(或自由度)的數量，這些執行器通常需要相等或更多不同的控制輸入 。為了減少或消除這種外部控制方案的需要，研究人員研究了一系列通過噴射邏輯增強軟機器人自主性的方法 。
與手動將獨立的噴射電路連接到軟機器人的研究相反，人們越來越感興趣的是將這些功能直接嵌入到軟機器人系統中的能力 。值得特別關注的是Wehner等人報道的一種混合策略，即利用基于潔凈室的多層軟光刻協議制造微流控振蕩器，然后利用各種制造技術，如計算機數控加工、多材料鑄造、嵌入式犧牲直寫、熱固化/抽真空工藝、激光切割，最終實現一種可以周期性驅動的無約束軟“章魚機器人” 。然而，這種制造方法由于依賴于基于軟光刻的噴射電路，因此在軟機器人領域沒有得到廣泛應用 。此外，盡管研究人員已經證明了噴射閥的廣泛功能，但基于這種制造方法實現更復雜的功能并不容易，尤其是基于壓力增益操作的功能 。
為了更大規模地繞過上述挑戰，Rothemund等人引入了一種軟雙穩態閥作為噴射模擬的電子施密特觸發器 。遺憾的是，目前的改進方法都不能有效解決上述挑戰 。因此，基于流體回路的柔性機器人替代制造方法仍然是關鍵需求 。
在這里，研究人員提出了一種新的策略，即通過多材料“PolyJet 3D打印”，在單一打印過程中添加材料來制造統一的軟機器人系統和完全集成的流體回路(圖1) 。最初，可以在計算機輔助設計(CAD)軟件中設計和組裝模塊化組件，如流體回路元件、互連、接入端口、軟機器人致動器和結構組件(圖1A)，以生成具有完全集成的流體回路的軟機器人的三維模型(圖1B) 。雖然研究人員已經在軟機器人和流體回路領域廣泛使用了增材制造技術，但研究人員認為，PolyJet 3D打印是唯一適合同時制造兩種類型系統作為統一實體的技術 。PolyJet打印是一種基于噴墨(材料噴射)的工藝，其中多種光反應性和犧牲性支撐材料平行分布(具有連續的紫外線劑量)以逐行和逐層產生3D物體 。
在這項工作中，研究人員通過添加材料，制作了一個完全集成的軟機器人系統，即包括所有的軟執行器；身體特征(任意設計)；以及流體回路部件、互連和端口(圖1C和D以及相關動畫) 。這個過程需要同時印刷三種不同的材料:(I)柔順的光聚合物(圖1C，黑色)；(ii)剛性光塑性材料(圖1C，白色)；(iii)犧牲性水溶性支持材料(圖1C，黃色) 。
圖1 polyjet 3D打印統一軟機器人系統的設計和添加制造策略，該系統在單次打印操作中包括完全集成的流體回路 。
圖2基于PolyJet 3D打印的噴射電路組件的工作原理和結果，包括整合柔性(黑色)和剛性(白色)材料 。
圖3恒流軟件機器人烏龜的工作原理和實驗結果 。
基于正弦輸入的軟件機器龜工作原理及實驗結果 。
圖5集成射流電路的預編程，基于非周期射流輸入的柔性機械手的概念和結果 。
總之，本文研究人員提出的基于polyjet的策略提供了獨特的前景，不僅提高了軟機器人的可及性，還支持一定程度的再現性和設計通用性 。同時也是一種尚未見報道的替代方法 。
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