Een team van onderzoekers van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) heeft een nieuwe aanpak ontwikkeld voor het toepassen van de Freeform Liquid 3D Printing (FL-3DP)-technologie om robuustere en geometrisch complexere componenten voor zachte robotica in 3D te printen.

FL-3DP is een opkomende technologie met een hoog potentieel die het 3D-printen van functionele componenten uit meerdere materialen mogelijk maakt. Het gebruikt gel als tijdelijk suspensiemedium waarin inkt wordt geëxtrudeerd en op zijn plaats wordt gehouden. Zodra de inkten zijn gestold, kan de gel gemakkelijk worden afgewassen.

Deze aanpak overwint twee belangrijke beperkingen waarmee de bestaande 3D-printtechnologieën worden geconfronteerd. Ten eerste maakt het het 3D-printen mogelijk van materialen die lang nodig hebben om te stollen wanneer ze geëxtrudeerd worden. Ten tweede zijn geavanceerde geometrieën, zoals overhangende structuren met hoge aspectverhoudingen of fijne combinaties van meerdere materialen, nu een haalbare optie geworden, vanwege het vermogen om inkten vast te houden en in vloeibare toestand te houden.

De vroege FL-3DP bleek echter beperkte functies te hebben bij het vervaardigen van geavanceerde componenten, omdat alleen structuren van één materiaal of eenvoudige vormen zoals mazen en schalen konden worden aangetoond. De afwezigheid van complexere demonstrators, ondanks de beloften van deze technologie, kan deels worden verklaard door problemen bij het controleren van de interfaces tussen de inkten en dragers, waardoor de afdrukresolutie op de proef wordt gesteld.

Door een diepgaande studie van de reologische eigenschappen en grensvlakstabiliteiten tussen inkten en ondersteunende gels, slaagden SUTD-onderzoekers erin de filamentvorm beter te voorspellen, wat leidde tot een verbeterde afdrukresolutie en betrouwbaarheid.

Dit resultaat maakte de volledige benutting van FL-3DP-technologie mogelijk door de fabricage van complexe op elastomeer gebaseerde componenten die meerdere materialen combineren en de verbetering van het bereik in complexe geometrische prints. Hun paper "Freeform Liquid 3D Printing of Soft Functional Components for Soft Robotics", waarin deze belangrijke bevindingen worden samengevat, werd gepubliceerd in ACS Applied Materials &Interfaces .

Om de voordelen van FL-3DP ten opzichte van traditionele productiebenaderingen, waaronder gieten en gieten, te demonstreren, hebben de onderzoekers geavanceerde pneumatische componenten ontworpen en gefabriceerd voor zachte robottoepassingen die specifiek worden gebruikt in zachte grijpers. Door stijve, zachte en functionele elastomeren te combineren, waren ze in staat om de vormvervorming van de componenten nauwkeurig te regelen, hun functionaliteiten af ​​te stemmen door de wrijving van zachte grijperoppervlakken aan te passen of door detectiemogelijkheden te bieden, en de levensduur van componenten te verlengen met maximaal tien keer vergeleken met hun traditionele cast-tegenhangers.

Deze resultaten maken deel uit van een wereldwijde inspanning om een ​​nieuw tijdperk te markeren voor op extrusie gebaseerd 3D-printen door gebruik te maken van geschikte ophangmedia. Deze verbeterde aanpak biedt ontwerpers en ingenieurs ook een bredere ontwerpruimte en kan veel toepassingen ten goede komen, zoals zachte robotica waar complexe en robuuste combinaties van een breed scala aan materialen en functionaliteiten vereist zijn.

Het team werkt nu aan het verbreden van het assortiment verwerkbare materialen door nieuwe suspensiemedia te ontwikkelen die chemisch compatibel zijn met meer inkten.

"FL-3DP en andere nieuwe op extrusie gebaseerde additieve productieprocessen brengen ons steeds dichter bij het uiteindelijke doel van volledige directe co-fabricage van complexe functionele systemen zoals robots en andere complexe functionele producten en apparaten", aldus hoofdonderzoeker Assistant. Professor Pablo Valdivia y Alvarado van SUTD. + Verder verkennen

Unieke methode om vrije vorm structuren van thermoplasten te fabriceren in microdeeltjes gels