Использование таких полимеров стало возможным благодаря новой технологии, разработанной исследователями из ETH Zurich и американским стартапом. В результате исследователи теперь могут за один раз печатать в 3D сложные, более долговечные роботы из различных высококачественных материалов. Эта новая технология также позволяет легко комбинировать мягкие, эластичные и жесткие материалы. Исследователи также могут использовать его для создания тонких структур и деталей с полостями по желанию.

Материалы, которые возвращаются в свое первоначальное состояние

Используя новую технологию, исследователям из ETH Zurich впервые удалось за один раз напечатать роботизированную руку с костями, связками и сухожилиями, изготовленными из различных полимеров. "Мы бы не смогли сделать эту руку с быстротвердеющими полиакрилатами, которые мы до сих пор использовали в 3D-печати", - объясняет Томас Бюхнер, докторант в группе профессора робототехники ETH Zurich Роберта Кацшмана и первый автор исследования. "Сейчас мы используем медленно отверждающиеся тиоленовые полимеры. Они обладают очень хорошими эластичными свойствами и гораздо быстрее возвращаются в исходное состояние после изгиба, чем полиакрилаты." Это делает полимеры тиолена идеальными для изготовления эластичных связок роботизированной руки.

Кроме того, жесткость тиоленов может быть очень точно настроена в соответствии с требованиями мягких роботов. "Роботы, изготовленные из мягких материалов, такие как рука, которую мы разработали, имеют преимущества перед обычными роботами, изготовленными из металла. Поскольку они мягкие, существует меньший риск получения травм при работе с людьми, и они лучше подходят для обращения с хрупкими грузами", - объясняет Кацшманн.

Сканирование вместо выскабливания

3D-принтеры обычно создают объекты слой за слоем: сопла наносят определенный материал в вязкой форме в каждой точке; затем ультрафиолетовая лампа немедленно отверждает каждый слой. Предыдущие методы включали устройство, которое соскабливало неровности поверхности после каждого этапа отверждения. Это работает только с быстротвердеющими полиакрилатами. Медленно отверждающиеся полимеры, такие как тиолены и эпоксидные смолы, склеивают скребок.

Чтобы приспособиться к использованию медленно отверждающихся полимеров, исследователи усовершенствовали 3D-печать, добавив 3D-лазерный сканер, который немедленно проверяет каждый напечатанный слой на наличие любых неровностей поверхности. "Механизм обратной связи компенсирует эти неровности при печати следующего слоя, рассчитывая любые необходимые корректировки количества печатаемого материала в режиме реального времени и с предельной точностью", - объясняет Войцех Матусик, профессор Массачусетского технологического института (MIT) в США и соавтор исследования. Это означает, что вместо сглаживания неровных слоев новая технология просто учитывает неровности при печати следующего слоя.

За разработку новой технологии печати отвечала компания Inkbit, дочернее предприятие Массачусетского технологического института. Исследователи ETH Zurich разработали несколько роботизированных приложений и помогли оптимизировать технологию печати для использования с медленно отверждающимися полимерами. Исследователи из Швейцарии и США теперь совместно опубликовали технологию и примеры ее применения в журнале Природа.

В ETH Zurich группа Кацшмана будет использовать эту технологию для изучения дальнейших возможностей, проектирования еще более сложных конструкций и разработки дополнительных приложений. Inkbit планирует использовать новую технологию, чтобы предлагать своим клиентам услуги 3D-печати и продавать новые принтеры.