3D打印磁控柔性抓手

柔性抓手能够在外部刺激下发生形变,在货物运输等领域有较好的应用。然而,目前使用的柔性抓手响应速度慢,对货物的形态和质量都有着较高要求,无法像人手一样适配绝大多数场景,因此有必要开发一种响应速度快、适配各种货物的柔性抓手。本文将硬磁材料--钕铁硼粉末(NdFeB)与硅橡胶(Room temperature vulcanized rubber,RTV橡胶)进行共混复合,形成了一种可打印的磁响应NdFeB-RTV橡胶复合材料。通过对墨水直写3D打印技术的制造工艺参数的探索和优化,将NdFeB-RTV橡胶复合材料的前驱体墨水打印成型。该材料固化后呈现出优异的力学性能-断裂伸长率接近300%,抗拉强度为1.03 MPa,拉伸杨氏模量为1.27 MPa,弯曲强度为78.06 MPa,弯曲模量为160.96 MPa。最后,本文采用墨水直写3D打印技术,设计制造了磁响应的四臂抓手机器人。利用机器人的磁致动与柔韧特性,实现了灵活变形、快速抓取、平稳运输等功能。

4D打印液晶弹性体工艺及其性能研究

液晶弹性体(Liquid crystal elastomers,LCEs)因其大且可逆的变形、响应速率快、优异的力学性能、各向异性以及驱动条件简单灵活等特点,在智能构件制造领域被认为具有广泛的应用潜力。为了提升液晶弹性体的成形能力,丰富液晶弹性体的变形模式及其设计方法,提出了利用墨水直写打印工艺编程液晶弹性体复杂变形模式的方法。制备了最大变形率达51%的主链型液晶弹性体,研制适合打印工艺编程的气压挤出高温墨水直写打印设备,探索了墨水直写打印工艺对液晶弹性体性能的影响规律。发现打印速率对液晶弹性体的变形率具有显著影响,随着打印速率的增大,变形率从12%逐渐增大到最大变形率51.8%后不再变化。此外,打印温度可使液晶弹性体的变形率在38.3%~51%之间变化,紫外光照时间可使凝胶分数最高到62.2%,而打印与紫外光照的间隔时间对材料的变形率没有影响。最后通过打印速率编程液晶弹性体弯曲行为,实现了液晶弹性体变形模式和行为的精确控制,证明了墨水直写打印工艺编程液晶弹性体复杂变形模式方法的可行性。