3D打印可变型自适应喷嘴中空纤维一键造软体机器人

  约翰霍普金斯大学Jochen Mueller团队最近在Device期刊宣布的这项作业，给出了一个适当高雅的解法：

  他们用这套办法做了一个可穿戴的手部辅佐恢复设备，还做了一只能匍匐的仿生海龟机器人。

  AM易道关于该文章的许多了解和表达已脱离原文章的原始技能表述，有很多原创片面的解读创造成分，如有必要了解更多原始硬核技能内容，请自行阅览原文。3D打印喷嘴会变形，这件事为什么重要先说中心立异。ACS-3DP的喷嘴出口是八边形，由八根金属针尖和衔接它们的柔性硅胶膜组成。针尖经过线缆衔接到步进电机，电机旋转拉动线缆，针尖就向外移动；松开时，紧缩绷簧把针尖拉回来。喷嘴中心有一根固定的圆柱形芯棒，硅胶墨水从芯棒和外壳之间的环形空隙挤出，构成中空纤维。

  当四根针尖往外拉的起伏比别的四根大时，喷嘴出口就变成非对称形状，一侧空隙宽，一侧空隙窄。

  这种壁厚差异正是充气执行器完结定向曲折的物理根底。薄壁侧更简单胀大，厚壁侧相对刚性更高，充气时纤维就会朝着厚壁侧曲折。

  此技能直接在挤出过程中完结，还能够沿着打印途径实时调整，这在某种程度上预示着一根接连的纤维能够包含多个不同曲折方向的关节段。

  看B图底部那排喷嘴出口的俯视图：中心那个是对称的圆环，挤出来的纤维壁厚均匀，充气时哪儿都不弯，这便是固定段；

  非对称喷嘴带来一个工程问题：窄空隙侧的活动阻力大，墨水流速慢；宽空隙侧阻力小，流速快。

  为了验证这个效应并扫除喷嘴操控差错的搅扰，他们专门制作了一系列固定截面的喷嘴复制品进行对照试验。

  从几许到力学：规划空间有多大壁厚散布确认后，执行器的曲折视点和驱动力就成了规划参数这部分团队用有限元剖析做了体系的参数扫描。

  B图和C图的热力求给出了答案—变形段越长、壁厚差越大、内孔占比越高，曲折视点就越大。

  规划一根七段纤维，每段旋转方向差90度，打印出来充气，真的扭成了三维螺旋。

  五根纤维别离对应五根手指，每根纤维的固定段对准手指骨节，变形段对准关节。

  五路独立气压操控完结了不同抓握形式—捏握（p4、p5）、三指握（p3、p4、p5）、钩握（p1到p5）。

  Mueller团队的计划是：用单一气压源驱动单根纤维，但经过规划不同段的壁厚差异，让各段在不同气压区间顺次激活。

  看D图的时序分化：气压刚上来时，壁厚差大的ii段先弯，鳍肢抬起；气压持续升高，壁厚差小的iv段才开端弯，鳍肢向前推。

  AM易道观念：这项技能的价值和鸿沟在哪里从技能视点看，本文中心奉献是把壁厚操控从离散的多步工艺变成了接连的实时调控。不只提升了规划自由度，还降低了杂乱执行器的制作门槛。一根包含多个异向曲折段的纤维，传统办法在大多数情况下要屡次脱模和粘接，3D打印一步完结。

  其次，单根纤维只能完结单自由度曲折，杂乱运动依然需求奇妙的段规划或多纤维协作。

  把喷嘴形状从固定参数变成动态操控变量，把截面几许从单一形状变成沿途径接连散布的规划空间。

  这种思路对FDM或许DIW工艺的运用，比方梯度资料、功用化纤维、乃至生物支架，都有启示含义。

  关于正在探究软体执行器、柔性机器人、或许任何的需求准确操控中空结构的3D打印从业者来说，这篇论文值得细读。

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