中科院蘭州化物所：多材料3D打印免裝配柔性驅動器研究取得進展

【成果簡介】

實現外界刺激下驅動器件功能材料和復雜形狀的結合是仿生驅動研究的一大熱點。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）等的復合物材料相繼在驅動研究中得到應用，并且制備出了類似于毛毛蟲、魚和花朵等復雜結構形狀的仿生驅動器件。然而，由于很多仿生器件形狀復雜，且多數需要多種材料組合才能實現驅動、運動等特定功能，如何構建復雜結構以及解決多材料組件的裝配等問題仍是仿生驅動研究領域一個具有挑戰性的課題。

多材料3D打印先進制造技術為此提供了簡便易行的解決方案。日前，中國科學院蘭州化學物理研究所材料表面界面課題組借助3D打印技術在計算機輔助設計（CAD）、自由制造加工和器件成型方面的優勢，采用多材料3D打印構筑了含有磁性和非磁性部分的分段組合的免裝配柔性驅動器，實現了彎曲、變形與運送貨物等功能。該工作近期以“Multimaterials 3D Printing for Free Assembly Manufacturing of Magnetic Driving Soft Actuator”為題在線發表在Advanced Materials?Interfaces上。

【圖文導讀】

圖1多材料3D打印制備免裝配磁性驅動器示意圖及驅動演示實驗?

圖2 性能表征

（a）從左到右分別為具有0％，0.25％，0.50％，0.75％和1.00％的Fe₃O₄ NPs的樹脂打印的特征尺寸≈1 mm的立方格子。

（b-d）打印格子的SEM圖像。刻度棒為100 μm。

（e）磁格對磁體的吸引力的照片。

【研究內容】

研究人員在發展了具有磁性的柔性3D打印光敏樹脂的基礎上，通過改進數字化光處理（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，發展了雙（多）材料3D打印技術，從而實現了含有磁性和非磁性部分的驅動器件免裝配一次成型制造。力學測試和SEM分析證明，磁性和非磁性兩種樹脂之間具有很好的結合力，并且能夠進行有效的磁場驅動。作為概念驗證，研究人員使用此技術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用。

相關研究得到了國家自然科學基金、中科院“西部之光”人才培養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。

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201709/t20170925_4615677.shtml

文獻鏈接： Multimaterials 3D Printing for Free Assembly Manufacturing of Magnetic Driving Soft Actuator (Adv. Mater. Interfaces., 2017, DOI: 10.1002/admi.201700629)

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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