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哈佛大学的研究人员开发了一种新型旋转多材料增材制造工艺。
该增材制造团队模仿构成生物系统的螺旋结构，开发能够打印收缩结构设计的增材制造方法。
该增材制造团队由来自哈佛大学约翰保尔森工程与应用科学学院(SEAS)与哈佛大学威斯生物启发工程研究所的研究人员组成。
在人体中，蛋白质聚集成螺旋状的细丝，以便于肌肉收缩。同理，植物通过细胞壁内的螺旋纤维素纤维可以改变形状。自然界中的物质鲜少是直的。由此，研究团队通过开发一种增材制造工艺来模仿这一点，并利用该增材制造工艺来设计和制造人造肌肉与弹性网格，用于软体机器人和结构应用。
SEASHansjorg Wyss生物启发工程教授、该研究高级作者、Wyss研究所核心教员Jennifer Lewis表示：“我们的增材制造平台为生成仿生图案中的多功能架构物质开辟了全新途径。”
该团队创建的增材制造打印头由四个墨盒组成，每个墨盒含有不同材料。油墨通过喷嘴输送，可以同时增材制造多种材料。喷嘴旋转将使挤出的油墨形成带有嵌入式螺旋特征的长丝。
该研究的第一作者、SEAS博士后Natalie Larson表示：“旋转多材料增材制造能够生成具有精确控制结构的功能性螺旋细丝和结构晶格，并最终实现性能。”
该团队与材料教授David Clarke合作，以螺旋形电介质弹性驱动器细丝的形式增材制造人造肌肉，其可在外加电压下进行收缩。导电电极形成缠绕的螺旋，封装在柔软的弹性体基体中。通过调整螺旋电极的缠绕程度，可以对驱动器的收缩反应进行编程。
与此同时，该增材制造研究团队还设计了具有不同刚度的结构网格，通过在柔软的柔韧矩阵中嵌入坚硬的螺旋弹簧，类似于弹簧在柔软床垫中的工作方式。结果表明，材料的整体刚度可以通过调整矩阵中弹簧松紧度来进行改变。
据该团队称，这种结构网格的潜在应用包括软体机器人系统中的关节或铰链。
Larson补充道：“通过设计与制造具有更极端内部特征的喷嘴，这些分层生物结构的分辨率、复杂性和性能可进一步提高。”
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