西交大王莉团队《Science Advances》封面：熔融电流体3D打印技术突破软智能器件制造(2)

时间：2024-03-14 09:21 来源：未知作者：admin 阅读：次

3D打印捕蝇草启发的微抓手和大面积晶格结构
捕蝇草在受到刺激下能够自动闭合两瓣叶子，在亚秒内捕获昆虫。受此启发，研究人员设计了并制造了由两个在零点处交汇的正弦曲线薄壁墙结构组成的微抓手，如图3所示。由于零点位置处的正弦曲线薄壁墙结构在受热收缩时受力平衡而保持位置不变，可实现开/合夹取/释放物体。本文采用一个超过微抓手自重的33倍贴片电感作为负载测试其抓取能力。结果表面，打印的微抓手在循环加热/冷却刺激下可以轻松抓取/释放微电感器件。

图4捕蝇草启发的微抓手和大大面积3D晶格阵列

熔融电流体3D打印成形结构的尺寸取决于制造基台的运动幅面，这使得高分辨率微结构的大规模、低成本制造成为可能。如图4I所示，研究人员采用熔融电流体3D打印了正方形、三角形和正弦曲线形三种大面积晶格阵列，并测试了它们的热致收缩变形。受到这种网格结果热致收缩的启发，研究人员用它实现了环境温度场传感检测，如下图5所示。

图5 基于熔融电流体打印网格结构与集成深度学习模型的环境温度场传感器

3D打印集成深度学习模型的温度场传感器

研究人员采用熔融电流体3D打印制造了LCE网格，当环境温度场发生变化，高温区域的LCE网格受热收缩变小，而低温区域的网格被拉长变大。采用机器视觉结合深度学习模型训练，得到环境温度场的高精度、实时监测。检测区间从25℃到110℃，平均精度94.79%，响应时间低于43ms。有望替代传统的热电偶或光纤式分布传感器。

小结

可编程液晶弹性体三维微结构的高精度制造始终是一个难题，熔融电流体3D打印技术为此提供了一种低成本、大规模、高分辨率制造工艺。西安交大王莉副教授团队长期从事电流体3D打印研究，已经形成了一套成熟的电流体3D打印装备、工艺和材料体系。对电流体打印剪切取向排列微纳尺度一维材料（包括银纳米线、碳纳米管和液晶高分子长链等）具有长期的研究经验（ACS Appl. Mater. Interfaces,Doi.org/10.1021/acsami.2c09672）。本项目的研究有可能为LCE微尺度软执行器提供一种可行的制造手段，在微机电系统、半导体、生物技术等领域微尺度操作场景具有较高的应用潜力。在前期电流体3D打印研究工作中通过电场设计引导液滴沉积开发了一种新型电雾化水刻蚀法可以进行微纳米级准周期孔状结构的图案化（Nano Energy,DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104974）。

原文链接
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk3854

王莉老师课题组工作于中国3D打印之父卢秉恒院士领导下的西安交通大学先进制造研究所，其研究围绕微流体行为调控的增材制造及应用开展，涉及的3D打印工艺有：微喷3D打印、EHD打印、快速无层面曝光打印等。研究范围包括: 基于深度学习的3D打印、微纳制造、软体机器人及柔性可穿戴电子与光电子器件制造、3D打印结构功能创新设计等，承担了包括国家自然科学基金、国家科技重大专项、国家重点研发计划以及省部级重大专项等项目。欢迎各界合作交流。主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/wanglime

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