加州大学使用3D打印创建“类似于昆虫”的软机器人

来源：疯狂制造控  

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员已经使用3D打印技术生产出了柔软而灵活的行走“类昆虫”机器人。用于制造机器人的预算型增材制造技术可以降低3D打印软机器人的入门成本，并为该技术在对人类不安全的地方打开新的应用。

根据研究人员的说法，制造昆虫机器人的主要挑战之一是重建复杂的外骨骼结构力学。外壳需要提供多种功能，包括结构支撑、关节灵活性和身体保护，同时提供传感、抓取和附着的功能表面特征。

圣地亚哥的研究小组观察到，昆虫四肢的活动能力是由刚性、柔性和梯度刚度元素的排列决定的，而昆虫的外骨骼是刚性和柔性机械部件的混合结构。因此，未来的迭代需要一种混合的构建方法，以便更好地反映它们所基于的昆虫模型。

最近，机器人专家开始使用多材料3D打印，激光切割，层压和压铸法，将身体和四肢的适应性纳入机器人设计中。这些制造技术也有缺点，因为它们通常以获取昂贵且耗时的制造工具为代价，这些工具提供了有限的材料选择。

为了使他们能够以更节省成本的方式3D打印柔性和弹性外骨骼，研究团队设计了一种新颖的混合方法，称为弹性骨骼打印。使用熔融沉积建模（FDM）3D打印机和标准的长丝材料（例如丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS））使该方法更便宜且更易于使用。此外，新技术不同于传统方法，而是通过将3D刚性细丝直接打印到加热的热塑性薄膜上，来制造软机器人。这种方法为沉积的材料提供了灵活而坚固的基础层，并能够精确控制机器人体内关节和支杆的刚度和特性。

在标准FDM 打印中，塑料丝（例如ABS或聚乳酸（PLA））通过加热喷嘴的孔口挤出，并沉积在平坦的打印表面上。另一方面，柔性骨架工艺使用改良的Prusa i3 MK3S或LulzBot Taz 6 FDM 3D打印机，将长丝直接沉积到加热的热塑性基础层上。这导致沉积材料与不可延伸的柔性基材之间的高粘结强度，从而提高了抗疲劳性。柔性骨架打印的粘合过程也不需要额外的粘合剂或固化剂，因为长丝在挤出过程中直接粘合到基础层上。

为了测试所生产组件的强度和抗疲劳性，该团队制造了具有均匀矩形几何形状的柔性梁。将每个梁弯曲到恒定应力状态，并保持该位置10秒钟，以模拟机器人腿弯曲并固定在适当位置以支撑载荷的情况。然后，研究团队通过拍摄未加载光束偏转角的图像来测量光束的蠕变角，该图像是在测试前从中立位置测量的。通过添加聚碳酸酯（PC）层，研究人员发现，他们能够在300个负载循环周期内将3D打印光束的蠕变变形降低70％。