文/陳根

螺旋結(jié)構(gòu)在自然界中無處不在，并可實現(xiàn)獨特的機械性能和多功能。在自然界中，螺旋結(jié)構(gòu)所具有的獨特機械性能帶給了科學家們無數(shù)的啟發(fā)。新型的旋轉(zhuǎn)多材料*D打印技術(shù)在《Nature》上發(fā)表。

到目前為止，模擬這些自然系統(tǒng)的合成結(jié)構(gòu)已經(jīng)可以通過纏繞、扭曲和編織單個細絲、微流體、自成型等方法制造出來。然而，這些制造方法無法在構(gòu)建多材料的同時繪制任意2D或*D圖案。

現(xiàn)在，哈佛大學研究人員報告了一個旋轉(zhuǎn)多材料*D打印(RM-*DP)平臺，該平臺能夠?qū)Ψ轿划愘|(zhì)結(jié)構(gòu)細絲的局部方向進行亞體素控制。

通過控制角速度與平動速度的比值連續(xù)旋轉(zhuǎn)多材料噴嘴，研究人員創(chuàng)建了具有可編程螺旋角、層厚度和給定圓柱體素內(nèi)幾種材料之間的螺旋細絲。并利用這種集成方法，制造了由高保真度的螺旋介電彈性體驅(qū)動器和嵌入介電彈性體基質(zhì)中的可單獨尋址的導電螺旋通道組成的功能性人造肌肉。

另外，研究團隊還制造了分層晶格，利用結(jié)構(gòu)化的螺旋支柱在柔性框架中嵌入剛性彈簧，為仿生多功能材料開辟了新途徑。運用這一方法，研究團隊能夠在材料細絲內(nèi)部制造具有螺旋形狀的亞結(jié)構(gòu)，將現(xiàn)有的打印細節(jié)拓展到了比“體素”更小的細節(jié)結(jié)構(gòu)，從而賦予打印細絲更多的結(jié)構(gòu)性功能。

基于這樣的*D打印平臺，*D打印水平還將向更精細的方向發(fā)展。可以說，*D打印技術(shù)承載了人們對未來制造模式的想像，是數(shù)字時代人類技術(shù)積累到一定階段所孕育出來的新技術(shù)。在未來，傳統(tǒng)制造的物理限制和空間限制將不再那么重要，設計、生產(chǎn)將更加扁平化、更加開放。