Исследователи предложили технологический процесс руководства 3D-печатью миниатюрных мягких пневмоактуаторов. Благодаря интеграции распечаток в роботизированную систему, раскрывается потенциал их применения для обслуживания реактивных двигателей, а также в миниинвазивной хирургии. Дополнительную информацию можно найти в отчете IDTechEx о материалах для 3D-печати 2019-2029: «Анализ технологий и рынка».

Микро актуаторы для роботов на 3д-принтере

Мягкие роботы представляют собой класс роботизированных систем, изготовленных из эластичных материалов и способных безопасно адаптироваться к агрессивным средам. В последнее время они быстро развиваются и выпускаются во множестве вариантов, которые имеют различный размер – от метров до субмикрометров.

В частности, маленькие мягкие роботы миллиметрового размера представляют практический интерес, так как их можно использовать в качестве группы миниатюрных актуаторов, приводимых в действие пневматическим давлением. Они также хорошо подходят для навигации в замкнутых пространствах и управления небольшими объектами.

Но уменьшение мягких пневматических роботов до миллиметрового размера делает их параметры, которые также уменьшаются более чем на один порядок, ювелирнее. Обладая сложной конструкцией, такие роботы требует большой деликатности при изготовлении с использованием традиционных методов – литья и мягкой литографии. Хотя новые технологии 3D-печати, такие как цифровая обработка светом (DLP), в теории обеспечивают высокое разрешение, работать с полостями и каналами такого маленького размера без их закупоривания все еще сложно. Удачные примеры 3D-печати миниатюрных мягких пневматических роботов встречаются действительно редко.

Недавно исследователи из Сингапура и Китая, а именно из Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD), Южного научно-технологического университета (SUSTech) и Чжэцзянского университета (ZJU), предложили совместно разработанный технологический процесс для управления DLP 3D-печатью миниатюрных пневмоактуаторов общим размером 2-15 мм и размерами деталей от 150 до 350 мкм (см. фото). Их исследование было опубликовано в научном журнале «Advanced Materials Technologies».

«Мы использовали высокое разрешение и эффективность DLP 3D-печати для изготовления миниатюрных мягких роботизированных актуаторов, – расскзал Ци (Кевин) Ге, доцент Южного научно-технологического университета и ведущий исследователь этого исследовательского проекта. – Чтобы обеспечить достаточную точность печати и неплохие механические характеристики печатной продукции, мы представили новый образец планомерного и эффективного изготовления состава материала и его обработки».

В DLP 3D-печати фотопоглотители обычно добавляются в полимерные растворы для повышения разрешения печати как по горизонтали, так и по вертикали. Но чрезмерное увеличение дозы приводит к быстрому ухудшению эластичности материала – крайне важной характеристики для мягких роботов, позволяющей им выдерживать деформацию.

«Чтобы достичь разумного компромисса, мы сначала выбрали фотопоглотитель с хорошей абсорбцией на длине волны проецируемого ультрафиолетового света и определили подходящую рецептуру материала на основе испытаний на механические характеристики. Затем мы охарактеризовали глубину отверждения и точность XY, чтобы определить подходящее сочетание времени выдержки и толщины нарезанного слоя», – объяснил соавтор проекта Юань-Фан Чжан из Сингапурского университета технологий и дизайна.

«По этому технологическому процессу мы можем изготовить целый ассортимент мягких пневматических роботизированных мини-актуаторов с различными структурами и режимами трансформации на самодельной мультиматериальной системе 3D-печати, и их размер не будет превышать размер монеты сингапурского доллара. Та же методика должна быть совместима с коммерческими системами лазерной стереолитографии (SLA) или DLP 3D-принтерами, потому как никакого дополнительного оборудования не требуется», – прокомментировал доцент Ци Ге из Южного научно-технологического университета.

Чтобы показать потенциальные возможности применения, исследователи также разработали мягкое устройство для удаления инородных частиц, включающее в себя манипулятор сплошной среды и напечатанный на 3D-печати миниатюрный мягкий пневматический захват. Он может перемещаться по замкнутому пространству и собирать мелкие предметы в труднодоступных местах.

Предложенный подход прокладывает путь для 3D-печати миниатюрных мягких роботов со сложными параметрами и узконаправленной мультиматериальной конструкцией. Такая интеграция мягких пневматических мини-актуаторов в роботизированную систему раскрывает потенциал их применения для техобслуживания реактивных двигателей и в миниинвазивной хирургии.

Другие интересные статьи из блогов