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支撑3D打印软机器人的四大核心材料

Sirius
2021-01-15 16:27:10

作为研究领域中的一个新兴领域,软机器人技术自从出现以来就备受3D打印厂商的青睐。如今,3D打印已成为软机器人领域中完全集成的制造过程。

 

但是在面对全打印的软机器人制造时,3D打印还存在着一些不足,其中一个就是:缺乏打印软机器人所需的高性能材料。

3D打印机器人

以色列希伯来大学的Ela Sachyani Keneth等人在《Advanced Materials》上发表了一篇题为“用于软机器人的3D打印材料”的综述文章。

 

文章中仔细讨论了用于3D打印的高性能材料,并总结了用于3D打印软机器人所需的材料,其中包括高性能的柔性和可拉伸材料、水凝胶、自修复材料和形状记忆聚合物。

 

高性能的柔性和可拉伸材料

兼具这两种特点的3D打印材料主要有PVC和TPE.PVC材料多指聚氯乙烯,是一种含氯的碳氢化合物;TPE材料,又名热塑性弹性体,属于碳氢化合物,兼有塑料和橡胶两种特性。

 

PVC材料曾是世界上产量最大的通用塑料,应用于诸多领域,如日用品、地板革、人造革、管材、电线电缆、包装膜、瓶。而TPE材料作为新一代的合成橡胶,其应用范围没有PVC那么广泛,不过目前TPE材料已开始取代部分传统合成橡胶,应用领域不断扩大。

 

作为新一代材料,TPE在机械性能、硬度、比重、环保等多个方面都要优于PVC材料。目前市面上,美国特诺尔爱佩斯(Teknor Apex Company)的TPE材料很受用户的喜爱,主要材料型号有:Medalist MD-84348、Medalist MD-8431、Medalist MD-84368。

 

 

水凝胶

水凝胶,有时也叫做胶体凝胶,是一类极为亲水的三维网络结构凝胶,可以在水中迅速溶胀并在溶胀状态时保持大量体积的水而不溶解。

 

类似于生物软组织,水凝胶具有独特的微环境(高含水量和通透性)和自适应的特点,不仅适用于3D打印软机器人,更是在调湿剂、伤口敷料、食品保鲜剂及柔性电子器件等多个领域展现出巨大的应用潜力。但传统的水凝胶的力学性能一般,导致其实际应用很是受限。

 

幸运的是,在2020年11月30日,中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室研究员王晓龙及其团队通过构筑双物理交联网络实现了超高强韧水凝胶的 3D 打印,这一研究成果极大地扩大了水凝胶的实际应用。

 

随着技术的不断研发,不同材料制成的水凝胶也逐渐出现,展现出了很多新的特性,例如自愈、多重刺激反应、超湿润性等。

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