供稿人:王清瑞，田小永 發(fā)布日期：2018-05-12
隨著柔性材料的發(fā)展成熟，柔性驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)也逐漸顯現(xiàn)，它可以隨著材料進(jìn)行彎曲同時(shí)具備驅(qū)動(dòng)材料運(yùn)動(dòng)的能力。然而，目前缺少簡(jiǎn)單的制備多組分材料柔性驅(qū)動(dòng)器的工藝。ManuelSchaffner等人利用3D打印的方式制備了氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的硅樹(shù)脂柔性驅(qū)動(dòng)器，它是一個(gè)內(nèi)部含有可充氣增強(qiáng)管的彈性體。這種增強(qiáng)結(jié)構(gòu)模仿了人體肌肉的驅(qū)動(dòng)原理，通過(guò)改變充氣量來(lái)完成拉伸、收縮、扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
作者采用多組分材料的直寫工藝對(duì)感光性硅復(fù)合材料進(jìn)行光固化打印，制備出了含有內(nèi)部氣管的復(fù)雜形狀。在打印過(guò)程中，硅復(fù)合材料的彈性模量是隨時(shí)可調(diào)的。這是利用封端調(diào)控高分子的分子量大小，實(shí)現(xiàn)材料的非均質(zhì)性能控制，如圖1所示。這種“材料編碼”的可控性設(shè)計(jì)是3D打印技術(shù)的一項(xiàng)主要優(yōu)勢(shì)。
圖1 柔性驅(qū)動(dòng)器的3D打印過(guò)程
3D打印的優(yōu)勢(shì)在于可以對(duì)氣管方向進(jìn)行任意設(shè)計(jì)，使材料可以完成不同類型的形狀變化。由此可以實(shí)現(xiàn)拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、抓取等多種不同的動(dòng)作。如圖2所示，柔性驅(qū)動(dòng)器可以將一個(gè)500g的重物實(shí)現(xiàn)抓取。
圖2 柔性驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、抓取等動(dòng)作
隨著柔性機(jī)器人的逐漸普及，具有可控變形能力的柔性驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)將越來(lái)越完善、復(fù)雜，3D打印工藝將在這一新的領(lǐng)域起到不可替代的作用。