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  受自然生物啟發(fā)，具有可編程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和可控變形能力的柔性驅(qū)動(dòng)器逐漸受到廣泛關(guān)注。3D打印技術(shù)的應(yīng)用則克服了傳統(tǒng)成型方法的一些瓶頸與限制，為具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的柔性驅(qū)動(dòng)器的制備成型提供了一種新方法。其中，熔融沉積成型（FDM）方法具有成本低、原理簡(jiǎn)單、無(wú)顆粒沉降、材料適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，但由于熔絲沉積3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)原理限制，低模量線材通過(guò)傳動(dòng)齒輪送入擠出頭時(shí)會(huì)出現(xiàn)屈曲失穩(wěn)或打滑現(xiàn)象，難以打印超柔性磁驅(qū)動(dòng)器。因此，迫切需要發(fā)展一種新的基于柔性材料的3D打印方法。

  近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)龔興龍教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Science》上發(fā)表了題為“3D Printing Ultraflexible Magnetic Actuators via Screw Extrusion Method”的論文。該論文通過(guò)熔融共混擠出和液氮研磨方法制備了可打印的CIP/TPR磁性粉末，并將螺桿擠出技術(shù)引入打印機(jī)的加熱組件，以克服傳統(tǒng)熔絲沉積打印過(guò)程中的柔性線材的屈曲失穩(wěn)問(wèn)題。因此，打印樣件的模量可以降低至~2 MPa�；谏鲜�3D打印方法，構(gòu)建了軟管和管道結(jié)構(gòu)以證明磁驅(qū)動(dòng)器的變形可控性，并通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)和有限元仿真研究了磁驅(qū)動(dòng)器的磁致變形性能，其最大收縮率分別可以達(dá)到66%和63%。最后，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了吸盤和泵仿生磁驅(qū)動(dòng)器的功能化操作，可用于吸附和釋放物體以及泵送液體。

圖1 粉末制備過(guò)程和超柔性磁驅(qū)動(dòng)器打印過(guò)程示意圖。

圖2 軟管驅(qū)動(dòng)器的變形行為分析。

圖3 吸盤驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用演示。

圖4 管道驅(qū)動(dòng)器的變形行為分析。

圖5 泵驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用演示。

  綜上，該工作開發(fā)了一種基于螺桿擠出技術(shù)的3D打印方法用來(lái)制造超柔性磁驅(qū)動(dòng)器。打印的磁驅(qū)動(dòng)器具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和可控的變形能力，在軟體機(jī)器人和仿生學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。論文第一作者為中國(guó)科大工程科學(xué)學(xué)院博士研究生曹旭峰，通訊作者為中國(guó)科大工程科學(xué)學(xué)院龔興龍教授和宣守虎教授。

  該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中央高校基礎(chǔ)科研基金的資助和支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202200898