軟執(zhí)行器和機(jī)器人設(shè)計(jì)的快速進(jìn)步需要新型軟材料，其機(jī)械性能可以在短長(zhǎng)度范圍內(nèi)改變。 彈性體可以配制為高度可拉伸或相當(dāng)堅(jiān)硬的材料，因此對(duì)這些應(yīng)用很有吸引力。 它們最常見(jiàn)的鑄造方式是使其成分在短長(zhǎng)度范圍內(nèi)無(wú)法改變。 直接墨水書(shū)寫(xiě)（DIW）是一種可以在數(shù)百微米長(zhǎng)度范 圍內(nèi)局部改變彈性體成分的方法。 不幸的是，在沒(méi)有流變改性劑的情況下，大多數(shù)彈性體前體無(wú)法通過(guò) DIW 進(jìn)行打印。 這里介紹了可 3D 打印的雙網(wǎng)絡(luò)顆粒彈性體 (DNGE)，其極限拉伸應(yīng)變和剛度可以在前所未有的范圍內(nèi)變化。 利用這些材料的 3D 打印能力來(lái)生產(chǎn)彈性體手指，其中包含被柔軟皮膚包圍的剛性骨骼。 類(lèi)似地，利用基于微粒的前體的流變特性來(lái)鑄造具有局部變化的剛度的彈性體板，這些板以預(yù)定的方式變形和扭曲。 這些 DNGE 預(yù)計(jì)將為下一代智能可穿戴設(shè)備、應(yīng)變傳感器、假肢、軟執(zhí)行器和機(jī)器人的設(shè)計(jì)開(kāi)辟新途徑。

引言 應(yīng)用的主要特點(diǎn)是需要具有高極限拉伸應(yīng)變的軟材料，以 便它們可以拉伸和變形，同時(shí)又具有足夠的剛性來(lái)操縱物體 。[10-12]為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這些應(yīng)用需要具有機(jī)械性能的 材料 因地制宜。 彈性體是一種具有吸引力的材料類(lèi)別，可以設(shè)計(jì)為具有高極限拉伸應(yīng)變，它是一種共價(jià)交聯(lián)疏 水性聚合物的 3D 網(wǎng)絡(luò)。[2,13–15] 彈性體的 剛度與其交聯(lián)密度成正比。 然而，交聯(lián)密度的 增加通常伴隨著極限拉伸應(yīng)變的降低。 如果彈 性體被設(shè)計(jì)為雙網(wǎng)絡(luò)甚至多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中第 一個(gè)承載網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)堅(jiān)硬，而第二個(gè)彈性體具有 高斷裂應(yīng)變，則剛度和極限拉伸應(yīng)變可以在一 定程度上結(jié)合起來(lái)。 [16]雙、三和四彈性體網(wǎng) 絡(luò)的組成對(duì)其機(jī)械性能的影響已被詳細(xì)研究。 [17-20]然而，這些多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的制造限制了最 終產(chǎn)品的形狀保真度，因?yàn)樗蕾?lài)于多個(gè) 材料 成型后發(fā)生的浸泡步驟。此外，它們的前體是 液體，因此可以通過(guò)立體光刻 (SLA) 或數(shù)字光 處理 (DLP) 進(jìn)行鑄造或打印。 [21] 然而，它 們無(wú)法通過(guò)直接墨水書(shū)寫(xiě) (DIW) 進(jìn)行處理，而 直接墨水書(shū)寫(xiě) (DIW) 可以在所有三個(gè)維度上實(shí) 現(xiàn)構(gòu)圖的受控局部變化，這與 SLA 和 DLP 形 成鮮明對(duì)比。[21–24] 由多重網(wǎng)絡(luò)組成的水凝膠可以通過(guò)將其配制 為加載有額外試劑的微凝膠或微片段來(lái)進(jìn)行 3D 打印。 如果由于剪切速率相關(guān)的顆粒間吸引 力和摩擦力而堵塞，可變形水凝膠微粒會(huì)被剪 切變薄。[25-28]此外，它們具有低屈服點(diǎn)和快 速應(yīng)力恢復(fù)，是基于 DIW 的 3D 打印的理想資 產(chǎn)。 23] 通過(guò) DIW 澆鑄或 3D 打印后，試劑 聚合形成雙網(wǎng)絡(luò)顆粒水凝膠 (DNGH)。[29-32]  DNGH 可以獲得超過(guò)任何其他 3D 打印水凝膠的 剛度，證明了這種方法的潛力。 然而，DNGH  相對(duì)脆弱。 此外，由于聚合物含量低，水凝膠 本質(zhì)上是柔軟的。[17]克服 DNGH 局限性的一種可能性是用彈性體代替水凝膠。 彈性體通常具有比水凝膠高得多的極限拉伸應(yīng)變，并且由于 其聚合物含量較高，其剛度可以在更寬的范圍內(nèi)變化。 此外 ，它們對(duì)濕度不太敏感，因此它們的應(yīng)用與水凝膠基材料的 應(yīng)用相當(dāng)互補(bǔ)。 然而，將彈性體加工成可通過(guò) DIW 3D 打印 的承載顆粒系統(tǒng)的協(xié)議仍有待建立。

標(biāo)簽：3D 打印DNGE骨骼