青岛理工朱晓阳、华南理工章圆方、上海交大王东互助：折痕扶植像素化可重构磁驱动软体机器的一体化3D打印

磁驱动软体机器由于其良友无绳、精准循序和快速反应等特色已被垄断于软机器东谈主、航空航天、医疗器械和柔性电子等多个规模。频年来，学者们建议了可重构磁驱动软体机器的观念，使其在不同环境下更具合乎性和机动性，以得志日益增长的垄断场景和功能需求。然则，由于枯竭合理的结构缠绵和相应的一体化制造本事，达成磁驱动软体机器的精准重构仍然是一项本事挑战，严重舍弃了磁驱动软体机器的工程化垄断。

青岛理工大学兰红波&朱晓阳课题组，息争华南理工大学章圆方副锻练、上海交通大学王东副锻练建议了可重构磁驱动软体机器一体化制造新本事，拓展了磁驱动软体机器的垄断场景。本文建议了“像素化”观念，将磁驱动软体机器灵验地永别为突破的像素点，并发展了一种基于墨水直写和熔融千里积3D打印的集成制造门径，从而达成了对重构过程中各个像素的精准寂寞循序。受折纸本事的启发，基板遴选了弹性材料，并将各像素之间用折痕蛊卦，从而改善了鬈曲性能。由于像素和折痕区域由不同材料制成，机器鬈曲部分的性能不再受像素区域材料硬度的影响。所建议的复合制造工艺既能确保机器分辨率，又能填充高浓度材料（图1）。其中，墨水直写工艺用于制备像素的基底、折痕和外框，而熔融千里积工艺则用于在像素中填充磁性致动材料（磁性颗粒的质地比高达80%）。实践收尾标明，制备出的折痕扶植像素化可重构磁驱动软体机器用有出色的鬈曲性能和重构精度（图2）并考证了其重构性（图3）。为了展示基于该念念想缠绵的磁驱动软体机器的垄断智商，模拟了当然界中虫豸的开放模式（图4）、缠绵了一种典型的磁控开关（图5）和七种不同的基本逻辑电路（图6）。与单一均质材料的可重构磁驱动软体机器比较，折痕扶植像素化缠绵普及了重构精度，同期增强了多项性能目标。该商榷股东了结构、材料和工艺的集成增材制造，促进了可重构磁驱动软体机器性能的发展。

关联商榷责任以“Integrated 3D printing of reconfigurable soft machines with magnetically actuated crease-assisted pixelated structures”为题发表在Additive Manufacturing（DOI: 10.1016/j.addma.2024.104513）上。

图1. 设置、工艺和旨趣：(A) 使用的打印设置，集成了墨水直写工艺（DIW）和熔融千里积工艺（FDM）；(B) 具体的工艺经过：领先通过DIW打印基板和机器外框，然后通过FDM填充可重构磁性材料，临了通过DIW达成封装；(C) 重构的基容或趣，通过加热达成材料的相变，在外部磁场的作用下达成磁性颗粒在机器中的转向，临了通过相变锁定磁性的标的；为考证重构的可行性制备的双像素机器。

图2. 性能测试：(A) 距离和深度的界说：距离是指从机器左端最先的水平测量值。深度指从封装名义向下延迟的折痕垂直测量值；(B) 剩余磁场强度散布；(C) 曲率半径与折痕深度之间的干系；(D) 机器在均匀磁场下不同折痕深度的鬈曲行径仿真收尾与实践收尾的比较：(i) 深度=0.1 mm；(ii) 深度=0.3 mm；(iii) 深度=0.5 mm；(iv)深度=0.7 mm；(E) 无像素化缠绵的机器；(F) 无折痕像素化缠绵的机器；(G) 既有像素化缠绵又有折痕缠绵的机器：(i) 结构涌现图；(ii) 80℃时距离与温度的干系；15 mm距离处加热到100℃等闲间与温度的干系；(iii) 80℃时右侧像素中心的温度；(iv) 100℃加热40秒15 mm距离处的温度。

图3. 16像素磁驱动软体机器的重构考证：(A) 16像素机器的什物图（开动情状下磁性颗粒的磁性是无序的）；(B) 构型1：沿中心线折叠；(C) 构型2：沿对角线折叠；(D) 构型3：铲子方法；(E) 构型4：拱桥方法；(F) 构型5：患难之交方法；(G) 构型6：四角星方法：(i) 磁场散布；(ii) 实质驱动成果；(iii) 仿真收尾。

图4 开放成果演示：(A) 翻腾模式；(B) 爬行模式（比例尺：10 mm）

图5. 磁控开关的缠绵：(A) 机器的涌现图；(B) 平行开关阵列的涌现图；(C) 用于制备的设置；(D) 构型1：第一个LED点亮；(E) 构型2：第二个LED点亮；(F) 构型3：第三个LED点亮：(i) 磁场散布；(ii) 激活收尾的模子；(iii) 磁驱动的实质成果。

图6. 逻辑电路缠绵：(A) 逻辑电路的爆炸视图；(B) 非（NOT）电路：(0)→1，(1)→0；(C) 与（AND）逻辑电路：(0,0)→0，(0,1)→0，(1,0)→0和(1,1)→1；(D) 或（OR）逻辑电路：(0,0)→0，(0,1)→1，(1,0)→1，(1,1)→1；(E) 或非（NOR）逻辑电路：(0,0)→1，(0,1)→0，(1,0)→0，(1,1)→0；(F) 与非（NAND）逻辑电路：(0,0)→1，(0,1)→1，(1,0)→1，(1,1)→0；(G) 异或（XOR）逻辑电路：(0,0)→0，(0,1)→1，(1,0)→1，(1,1)→0；(H) 同或（XNOR）逻辑电路：(0,0)→1，(0,1)→0，(1,0)→0，(1,1)→1。

论文信息：

Youchao Zhang, Xiaoyang Zhu*, Huangyu Chen, Ruichen wang, Siqi Qiu, Houchao Zhang, Hongke Li, Zhenghao Li, Rui Wang, Fan Zhang, Guangming Zhang, Yuan-Fang Zhang*, Dong Wang*and Hongbo Lan*，Integrated 3D printing of reconfigurable soft machines with magnetically actuated crease-assisted pixelated structures，Additive Manufacturing

DOI:10.1016/j.addma.2024.104513

起原：高分子科学前沿