3D打印錯誤如何導致受壁虎啟發的各向異性結構的出現？
魔猴君 科技前沿 15天前
如果3D打印中的一個缺陷能夠成為開發新技術的關鍵，那會怎樣？這是來自韓國漢陽大學的一組研究人員提出的建議，他們利用過量的曝光來創造受壁虎啟發的粘合表面。利用DLP工藝，他們能夠重現類似于這些爬行動物腿部的各向異性結構，這些爬行動物以能夠粘附在表面并輕松分離而聞名。
這些結構的潛在應用包括軟機器人、生物醫學設備和物體操作系統。該研究發表在《微系統與納米工程》雜志上，涉及韓國大學的多個部門。
解釋各向異性結構的制造和測試過程。（圖片來源：Kim,S.、Kim,J.、Seo,S.等人）
DLP（數字光處理）3D打印涉及使用光選擇性地固化樹脂。然而，其主要挑戰之一是過度曝光：當光線超出預期區域并使不需要的區域的部件變硬時就會發生這種情況。這種現象通常被認為是一種缺陷，因為它會損害結構的準確性。但在這項研究中，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構，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字模型中誘導出微觀柱子的完美傾斜。
為什么要從壁虎中汲取靈感來創造各向異性結構？
壁虎的腳上覆蓋著稱為剛毛的微小結構，這些剛毛本身又分支成微型鏟狀結構。這種結構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，但只要稍微扭轉就可以輕易脫落。
模仿這一原理，研究團隊采用雙模技術處理印刷的微結構，將它們轉變為能夠像壁虎一樣粘附的表面。這些新的印刷表面復制了這種抓握能力，非常適合用于處理精密物體而不損壞它們的機器人夾持器等應用。
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構的機械模塊。他們的原型能夠粘附在不同的材料上，并通過受控運動輕松地釋放它們。此外，當將新結構與使用傳統方法制造的結構進行比較時，他們發現新結構穩定性有所提高，同時簡化了制造工藝。因此，使用過量曝光作為設計參數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）
這項研究表明，通過創造性的重新設計，缺陷可以轉化為資產。通過將過度曝光重新解釋為一種設計工具，研究人員克服了DLP工藝的技術限制，為制造先進結構開辟了一條新途徑。
受壁虎啟發的機器人夾持器的開發只是該技術潛力的一個例子。未來，它可以擴展到軟機器人、高精度醫療設備甚至工業裝配系統等領域。
編譯整理：3dnatives
