Группа исследователей из Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD) разработала новый подход к внедрению технологии Freeform Liquid 3D Printing (FL-3DP) для 3D-печати более надежных и геометрически сложных компонентов для мягкой робототехники.

FL-3DP — это новая технология с большим потенциалом, позволяющая 3D-печать функциональных компонентов из нескольких материалов. Он использует гель в качестве временной суспензии, в которой чернила выдавливаются и удерживаются на месте. Когда чернила затвердеют, гель можно будет легко смыть.

Этот подход преодолевает два основных ограничения существующих технологий 3D-печати. Во-первых, он позволяет печатать на 3D-принтере материалы, которые долго затвердевают при экструдировании. Во-вторых, из-за его способности удерживать чернила и поддерживать их в жидком состоянии , усовершенствованные геометрические формы, такие как формы нависающих структур с высоким соотношением сторон или тонкие комбинации нескольких материалов, теперь стали возможным вариантом.

Однако было обнаружено, что ранний FL-3DP имеет ограниченные возможности при изготовлении продвинутых компонентов, поскольку можно было продемонстрировать только мономатериальные структуры или простые формы, такие как сетки и оболочки. Отсутствие более сложных демонстраторов, несмотря на обещания этой технологии, может быть частично объяснено трудностями в управлении интерфейсами между красками и подложками, что затрудняет разрешение печати.

Благодаря углубленному изучению реологических свойств и межфазной стабильности между чернилами и поддерживающими гелями, исследователям SUTD удалось лучше предсказать форму нити, что привело к улучшению разрешения и точности печати.

Этот результат позволил в полной мере использовать технологию FL-3DP за счет изготовления сложных компонентов на основе эластомера, сочетающих несколько материалов, и расширения диапазона сложных геометрических отпечатков. Их статья «Свободная жидкая 3D-печать мягких функциональных компонентов для мягкой робототехники», в которой обобщаются эти ключевые выводы, была опубликована в ACS Applied Materials & Interfaces.

Чтобы продемонстрировать преимущества FL-3DP по сравнению с традиционными подходами к производству, включая литье и литье, исследователи разработали и изготовили передовые пневматические компоненты для приложений мягкой робототехники , специально используемых в мягких захватах. Сочетая жесткие, мягкие и функциональные эластомеры, они смогли точно контролировать деформацию формы компонентов, настраивать их функциональные возможности, регулируя трение мягких поверхностей захватов или предоставляя сенсорные возможности, а также увеличить срок службы компонентов до десяти  раз по сравнению с их традиционными литыми аналогами.

Эти результаты являются частью глобальных усилий, направленных на то, чтобы отметить новую эру 3D-печати на основе экструзии с использованием подходящих суспензионных сред. Этот усовершенствованный подход также предлагает более широкое пространство для проектирования для дизайнеров и инженеров и может принести пользу многим приложениям, таким как мягкая робототехника, где требуются сложные и надежные комбинации широкого спектра материалов и функций.

В настоящее время команда работает над расширением диапазона обрабатываемых материалов путем разработки новых суспензионных сред, химически совместимых с большим количеством чернил.

«FL-3DP и другие новые процессы аддитивного производства на основе экструзии все ближе и ближе приближают нас к конечной цели — полному совместному производству сложных функциональных систем, таких как роботы и другие сложные функциональные продукты и устройства», — сказал помощник главного исследователя. Профессор Пабло Вальдивия-и-Альварадо из SUTD.