Forskerteam låser op for ny metode til 3D-print af komplekse, funktionelle komponenter til blød robotteknologi

Et team af forskere fra Singapore University of Technology and Design (SUTD) har udviklet en ny tilgang til at anvende Freeform Liquid 3D Printing (FL-3DP) teknologien til at 3D-printe mere robuste og geometrisk komplekse komponenter til blød robotteknologi.

FL-3DP er en ny teknologi med højt potentiale, der muliggør 3D-printning af multi-materiale funktionelle komponenter. Den bruger gel som et midlertidigt suspensionsmedie, hvor blæk ekstruderes og holdes på plads. Når blækket er størknet, kan gelen let vaskes af.

Denne tilgang overvinder to store begrænsninger i eksisterende 3D-printteknologier. For det første muliggør det 3D-print af materialer, der tager lang tid at størkne, når de ekstruderes. For det andet, på grund af dets evne til at holde blæk og holde dem i flydende tilstand, er avancerede geometrier såsom overhængende strukturformer med høje billedformater eller fine kombinationer af flere materialer nu blevet en mulig mulighed.

Tidlige FL-3DP viste sig dog at have begrænsede egenskaber ved fremstilling af avancerede komponenter, da kun monomateriale strukturer eller simple former såsom masker og skaller kunne påvises. Fraværet af mere komplekse demonstratorer, på trods af løfterne om denne teknologi, kan delvist forklares af vanskeligheder med at kontrollere grænsefladerne mellem blæk og understøtninger, hvilket udfordrer udskrivningsopløsningen.

Gennem en dybdegående undersøgelse af de rheologiske egenskaber og grænsefladestabiliteter mellem blæk og støttegeler, formåede SUTD-forskere bedre at forudsige filamentformen, hvilket førte til forbedret printopløsning og pålidelighed.

Dette resultat muliggjorde fuld udnyttelse af FL-3DP-teknologi gennem fremstilling af komplekse elastomer-baserede komponenter, der kombinerer flere materialer, og udvidelsen af ​​udvalget i komplekse geometriske prints. Deres papir "Freeform Liquid 3D Printing of Soft Functional Components for Soft Robotics", som opsummerer disse nøgleresultater, blev offentliggjort i ACS Applied Materials &Interfaces .

For at demonstrere fordelene ved FL-3DP i forhold til traditionelle fremstillingsmetoder, herunder støbning og støbning, designede og fremstillede forskerne avancerede pneumatiske komponenter til bløde robotapplikationer, der specifikt anvendes i bløde gribere. Ved at kombinere stive, bløde og funktionelle elastomerer var de i stand til præcist at kontrollere komponenternes formdeformation, at justere deres funktionaliteter ved at justere friktionen af ​​bløde gribeoverflader eller ved at give sanseevner og forlænge komponenternes levetid med op til ti gange sammenlignet med deres traditionelle cast-kolleger.

Disse resultater er en del af en global indsats for at markere en ny æra for ekstruderingsbaseret 3D-printning ved at bruge egnede suspensionsmedier. Denne forbedrede tilgang tilbyder også et bredere designrum til designere og ingeniører og kan gavne mange applikationer, såsom blød robotteknologi, hvor komplekse og robuste kombinationer af en bred vifte af materialer og funktionaliteter er påkrævet.

Holdet arbejder nu på at udvide rækken af ​​forarbejdelige materialer ved at udvikle nye suspensionsmedier, der er kemisk kompatible med mere blæk.

"FL-3DP og andre nye ekstruderingsbaserede additive fremstillingsprocesser bringer os tættere og tættere på det endelige mål om fuld direkte co-fabrikation af komplekse funktionelle systemer såsom robotter og andre komplekse funktionelle produkter og enheder," sagde assistent for efterforsker. Professor Pablo Valdivia y Alvarado fra SUTD. + Udforsk yderligere

Unik metode til at fremstille friformede strukturer af termoplast i mikropartikelformige geler