打印出具有骨骼、韌帶和肌腱的機(jī)器人

3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，可以使用的材料范圍也大大擴(kuò)展。雖然此前該技術(shù)受限于快速固化的塑料，但現(xiàn)在也適用于緩慢固化的塑料。這些材料具有明顯優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兙哂性鰪?qiáng)的彈性特性，更加耐用和堅(jiān)固。

這些聚合物的使用得益于瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）的研究人員和一家美國(guó)初創(chuàng)公司開(kāi)發(fā)的一種新技術(shù)。因此，研究人員現(xiàn)在能夠一次性地使用各種高質(zhì)量材料來(lái)3D打印復(fù)雜、更加耐用的機(jī)器人。這項(xiàng)新技術(shù)還可以輕松地將柔軟、有彈性和剛性材料結(jié)合在一起。研究人員還可以利用這項(xiàng)技術(shù)按需創(chuàng)建精細(xì)的結(jié)構(gòu)和帶有空腔的零件。

材料可以恢復(fù)到原始狀態(tài)    

利用這項(xiàng)新技術(shù)，ETH Zurich的研究人員首次成功地一次性打印出了一個(gè)機(jī)器人手，其中骨骼、韌帶和肌腱由不同聚合物制成?！拔覀冞^(guò)去使用的快速固化聚丙烯酸酯無(wú)法制作這樣的手部結(jié)構(gòu)，”ETH Zurich機(jī)器人學(xué)教授Robert Katzschmann小組的博士生Thomas Buchner解釋道，“我們現(xiàn)在使用的是緩慢固化的硫烯聚合物。它們具有非常好的彈性特性，在彎曲后恢復(fù)到原始狀態(tài)的速度比聚丙烯酸酯要快得多?！边@使硫烯聚合物非常適合制作機(jī)器人手部的彈性韌帶。

此外，硫烯聚合物的剛度可以非常好地調(diào)節(jié)以滿足軟體機(jī)器人的要求。“使用軟材料制作的機(jī)器人，比如我們開(kāi)發(fā)的手部結(jié)構(gòu)，比由金屬制成的傳統(tǒng)機(jī)器人具有優(yōu)勢(shì)。由于它們?nèi)彳洠c人類(lèi)共同工作時(shí)傷害風(fēng)險(xiǎn)較小，并且更適合處理易碎物品，”Katzschmann解釋道。

掃描而非刮除    

3D打印機(jī)通常逐層制造物體：噴嘴在每個(gè)點(diǎn)上以粘稠的形式沉積一定的材料；隨后紫外線燈立即固化每一層。以往的方法是在每個(gè)固化步驟之后使用一個(gè)刮除器械刮除表面的不平整。但這種方法僅適用于快速固化的聚丙烯酸酯。緩慢固化的聚合物，例如硫烯聚合物和環(huán)氧樹(shù)脂，會(huì)堵塞刮刀。

為了適應(yīng)緩慢固化的聚合物的使用，研究人員通過(guò)增加3D激光掃描儀進(jìn)一步發(fā)展了3D打印技術(shù)。這個(gè)掃描儀立即檢查每一層打印的表面是否有任何不規(guī)則。“一個(gè)反饋機(jī)制會(huì)在打印下一層時(shí)補(bǔ)償這些不規(guī)則，通過(guò)實(shí)時(shí)、精確地計(jì)算需要打印的材料量來(lái)進(jìn)行任何必要的調(diào)整，”美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）教授Wojciech Matusik解釋道。這意味著新技術(shù)在打印下一層時(shí)會(huì)考慮到不平整，而不是平滑不均勻的層。

Inkbit是麻省理工學(xué)院的一個(gè)衍生公司，負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)這種新的打印技術(shù)。ETH Zurich的研究人員開(kāi)發(fā)了多種機(jī)器人應(yīng)用，并幫助優(yōu)化了用于緩慢固化聚合物的打印技術(shù)。瑞士和美國(guó)的研究人員共同在《自然》雜志上發(fā)表了這項(xiàng)技術(shù)及其示例應(yīng)用。在ETH Zurich，Katzschmann的團(tuán)隊(duì)將使用這項(xiàng)技術(shù)探索更多可能性，設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并開(kāi)發(fā)更多的應(yīng)用。Inkbit計(jì)劃利用這項(xiàng)新技術(shù)為其客戶(hù)提供3D打印服務(wù)，并銷(xiāo)售新的打印機(jī)。