中科院兰州化物所：多材料3D打印免装配柔性驱动器研究取得进展

【成果简介】

实现外界刺激下驱动器件功能材料和复杂形状的结合是仿生驱动研究的一大热点。近年来，各种水凝胶材料、合金材料以及基于碳纳米管（CNT）、氧化石墨烯（GO）等的复合物材料相继在驱动研究中得到应用，并且制备出了类似于毛毛虫、鱼和花朵等复杂结构形状的仿生驱动器件。然而，由于很多仿生器件形状复杂，且多数需要多种材料组合才能实现驱动、运动等特定功能，如何构建复杂结构以及解决多材料组件的装配等问题仍是仿生驱动研究领域一个具有挑战性的课题。

多材料3D打印先进制造技术为此提供了简便易行的解决方案。日前，中国科学院兰州化学物理研究所材料表面界面课题组借助3D打印技术在计算机辅助设计（CAD）、自由制造加工和器件成型方面的优势，采用多材料3D打印构筑了含有磁性和非磁性部分的分段组合的免装配柔性驱动器，实现了弯曲、变形与运送货物等功能。该工作近期以“Multimaterials 3D Printing for Free Assembly Manufacturing of Magnetic Driving Soft Actuator”为题在线发表在Advanced Materials Interfaces上。

【图文导读】

图1多材料3D打印制备免装配磁性驱动器示意图及驱动演示实验

图2 性能表征

（a）从左到右分别为具有0％，0.25％，0.50％，0.75％和1.00％的Fe₃O₄NPs的树脂打印的特征尺寸≈1 mm的立方格子。

（b-d）打印格子的SEM图像。刻度棒为100 μm。

（e）磁格对磁体的吸引力的照片。

【研究内容】

研究人员在发展了具有磁性的柔性3D打印光敏树脂的基础上，通过改进数字化光处理（DLP）成型的3D打印机，使其能够在垂直方向上将两种或多种光敏树脂进行自由切换，发展了双（多）材料3D打印技术，从而实现了含有磁性和非磁性部分的驱动器件免装配一次成型制造。力学测试和SEM分析证明，磁性和非磁性两种树脂之间具有很好的结合力，并且能够进行有效的磁场驱动。作为概念验证，研究人员使用此技术打印制作了一个能够远程控制的抓取器，并且进行了抓取、传送以及释放的功能验证。这种简单通用的多材料3D打印技术将能够很好地拓展3D打印在远程控制释放与柔性机器人等方面的应用。

相关研究得到了国家自然科学基金、中科院“西部之光”人才培养计划及兰州化物所人才和“一三五”重点培育项目的资助和支持。

原文链接：http://www.cas.cn/syky/201709/t20170925_4615677.shtml

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

本文由材料人编辑部石小梅编辑，点我加入材料人编辑部。

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