蘭州化物所多材料3D打印免裝配柔性驅(qū)動器研究取得進展

實現(xiàn)外界刺激下驅(qū)動器件功能材料和復(fù)雜形狀的結(jié)合是仿生驅(qū)動研究的一大熱點。近年來，各種水凝膠材料、合金材料以及基于碳納米管（CNT）、氧化石墨烯（GO）等的復(fù)合物材料相繼在驅(qū)動研究中得到應(yīng)用，并且制備出了類似于毛毛蟲、魚和花朵等復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀的仿生驅(qū)動器件。然而，由于很多仿生器件形狀復(fù)雜，且多數(shù)需要多種材料組合才能實現(xiàn)驅(qū)動、運動等特定功能，如何構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及解決多材料組件的裝配等問題仍是仿生驅(qū)動研究領(lǐng)域一個具有挑戰(zhàn)性的課題。

多材料3D打印先進制造技術(shù)為此提供了簡便易行的解決方案。日前，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所材料表面界面課題組借助3D打印技術(shù)在計算機輔助設(shè)計（CAD）、自由制造加工和器件成型方面的優(yōu)勢，采用多材料3D打印構(gòu)筑了含有磁性和非磁性部分的分段組合的免裝配柔性驅(qū)動器，實現(xiàn)了彎曲、變形與運送貨物等功能。

研究人員在發(fā)展了具有磁性的柔性3D打印光敏樹脂的基礎(chǔ)上，通過改進數(shù)字化光處理（DLP）成型的3D打印機，使其能夠在垂直方向上將兩種或多種光敏樹脂進行自由切換，發(fā)展了雙（多）材料3D打印技術(shù)，從而實現(xiàn)了含有磁性和非磁性部分的驅(qū)動器件免裝配一次成型制造。力學(xué)測試和SEM分析證明，磁性和非磁性兩種樹脂之間具有很好的結(jié)合力，并且能夠進行有效的磁場驅(qū)動。作為概念驗證，研究人員使用此技術(shù)打印制作了一個能夠遠程控制的抓取器，并且進行了抓取、傳送以及釋放的功能驗證。這種簡單通用的多材料3D打印技術(shù)將能夠很好地拓展3D打印在遠程控制釋放與柔性機器人等方面的應(yīng)用。

該工作近期在線發(fā)表在Adv. Mater. Interfaces（2017, DOI: 10.1002/admi.201700629）上。相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金、中科院“西部之光”人才培養(yǎng)計劃及蘭州化物所人才和“一三五”重點培育項目的資助和支持。

延伸閱讀：《蘭州化物所3D打印高性能墨水材料研究獲進展》

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來源：蘭州物化所