3D打印錯誤如何導(dǎo)致受壁虎啟發(fā)的各向異性結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)？

魔猴君  科技前沿   5小時前

如果3D打印中的一個缺陷能夠成為開發(fā)新技術(shù)的關(guān)鍵，那會怎樣？這是來自韓國漢陽大學(xué)的一組研究人員提出的建議，他們利用過量的曝光來創(chuàng)造受壁虎啟發(fā)的粘合表面。利用DLP工藝，他們能夠重現(xiàn)類似于這些爬行動物腿部的各向異性結(jié)構(gòu)，這些爬行動物以能夠粘附在表面并輕松分離而聞名。

這些結(jié)構(gòu)的潛在應(yīng)用包括軟機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備和物體操作系統(tǒng)。該研究發(fā)表在《微系統(tǒng)與納米工程》雜志上，涉及韓國大學(xué)的多個部門。

解釋各向異性結(jié)構(gòu)的制造和測試過程。（圖片來源：Kim,S.、Kim,J.、Seo,S.等人）

DLP（數(shù)字光處理）3D打印涉及使用光選擇性地固化樹脂。然而，其主要挑戰(zhàn)之一是過度曝光：當(dāng)光線超出預(yù)期區(qū)域并使不需要的區(qū)域的部件變硬時就會發(fā)生這種情況。這種現(xiàn)象通常被認(rèn)為是一種缺陷，因?yàn)樗鼤p害結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。但在這項(xiàng)研究中，研究人員決定重新考慮這一限制。他們巧妙地利用了過多的曝光來形成傾斜的微結(jié)構(gòu)，靈感來自于壁虎的粘性腳。通過控制打印方向和曝光時間，他們成功地從簡單的數(shù)字模型中誘導(dǎo)出微觀柱子的完美傾斜。

為什么要從壁虎中汲取靈感來創(chuàng)造各向異性結(jié)構(gòu)？

壁虎的腳上覆蓋著稱為剛毛的微小結(jié)構(gòu)，這些剛毛本身又分支成微型鏟狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得它們能夠牢固地粘附在光滑的表面上，而無需使用吸力。他們的秘訣在于纖維的傾斜方向，當(dāng)在一個方向施加壓力時，它們可以牢固地粘住，但只要稍微扭轉(zhuǎn)就可以輕易脫落。

模仿這一原理，研究團(tuán)隊(duì)采用雙模技術(shù)處理印刷的微結(jié)構(gòu)，將它們轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛳癖诨⒁粯诱掣降谋砻妗＿@些新的印刷表面復(fù)制了這種抓握能力，非常適合用于處理精密物體而不損壞它們的機(jī)器人夾持器等應(yīng)用。

為了證明其方法的可行性，研究人員制造了一個集成這些各向異性結(jié)構(gòu)的機(jī)械模塊。他們的原型能夠粘附在不同的材料上，并通過受控運(yùn)動輕松地釋放它們。此外，當(dāng)將新結(jié)構(gòu)與使用傳統(tǒng)方法制造的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較時，他們發(fā)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有所提高，同時簡化了制造工藝。因此，使用過量曝光作為設(shè)計(jì)參數(shù)可以消除昂貴的中間步驟，從而使流程更加高效。

功能各向異性表面的照片。（照片來源：Kim,S.、Kim,J.、Seo,S.等人）

這項(xiàng)研究表明，通過創(chuàng)造性的重新設(shè)計(jì)，缺陷可以轉(zhuǎn)化為資產(chǎn)。通過將過度曝光重新解釋為一種設(shè)計(jì)工具，研究人員克服了DLP工藝的技術(shù)限制，為制造先進(jìn)結(jié)構(gòu)開辟了一條新途徑。

受壁虎啟發(fā)的機(jī)器人夾持器的開發(fā)只是該技術(shù)潛力的一個例子。未來，它可以擴(kuò)展到軟機(jī)器人、高精度醫(yī)療設(shè)備甚至工業(yè)裝配系統(tǒng)等領(lǐng)域。

編譯整理：3dnatives