蘭州化物所多材料3D打印免裝配柔性驅(qū)動(dòng)器研究取得進(jìn)展

　　實(shí)現(xiàn)外界刺激下驅(qū)動(dòng)器件功能材料和復(fù)雜形狀的結(jié)合是仿生驅(qū)動(dòng)研究的一大熱點(diǎn)。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(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)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(dòng)研究領(lǐng)域一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。

　　多材料3D打印先進(jìn)制造技術(shù)為此提供了簡(jiǎn)便易行的解決方案。日前，中國(guó)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、自由制造加工和器件成型方面的優(yōu)勢(shì)，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(dòng)器，實(shí)現(xiàn)了彎曲、變形與運(yùn)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(jìn)數(shù)字化光處理（DLP）成型的3D打印機(jī)，使其能夠在垂直方向上將兩種或多種光敏樹脂進(jìn)行自由切換，發(fā)展了雙（多）材料3D打印技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了含有磁性和非磁性部分的驅(qū)動(dòng)器件免裝配一次成型制造。力學(xué)測(cè)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(jìn)行有效的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。作為概念驗(yàn)證，研究人員使用此技術(shù)打印制作了一個(gè)能夠遠(yuǎn)程控制的抓取器，并且進(jìn)行了抓取、傳送以及釋放的功能驗(yàn)證。這種簡(jiǎn)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(yuǎn)程控制釋放與柔性機(jī)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(guó)家自然科學(xué)基金、中科院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃及蘭州化物所人才和“一三五”重點(diǎn)培育項(xiàng)目的資助和支持。

多材料3D打印制備免裝配磁性驅(qū)動(dòng)器示意圖及驅(qū)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)