Rotational Multi-material 3D Printing of Soft Robotic Matter with Asymmetrical Embedded Pneumatics

要約

ソフトロボットの問題の迅速な設計と製造は、形状のモーフィング、作動、およびウェアラブルデバイスに興味を高めることです。
ここでは、プログラム可能な形状のモーフィング挙動を示す埋め込まれた空気圧を備えたソフトロボット素材を作成するための容易な製造方法を報告します。
回転マルチマテリアル3D印刷を使用して、エラストマーシェルと逃亡コアで構成される非対称コアシェルフィラメントは、1Dおよび2Dモチーフでパターン化されています。
ノズルの設計、回転速度、プリントパスを正確に制御することにより、各印刷されたフィラメントに沿ったパターン化された逃亡コアの局所的な方向、形状、および断面積を制御できます。
エラストマーマトリックスが硬化すると、逃亡中のコアが除去され、空気圧の作動を促進する埋め込まれた導管が残ります。
接続されたFermat Spirals Pathingアプローチを使用して、手で触発されたグリッパーなどのより複雑なソフトロボットに必要な希望の印刷パスを自動的に生成できます。
統合されたデザインおよび印刷アプローチにより、無数の形状のモーフィング遷移をオンデマンドで示すソフトロボットの問題を迅速に構築できます。

要約(オリジナル)

The rapid design and fabrication of soft robotic matter is of growing interest for shape morphing, actuation, and wearable devices. Here, we report a facile fabrication method for creating soft robotic materials with embedded pneumatics that exhibit programmable shape morphing behavior. Using rotational multi-material 3D printing, asymmetrical core-shell filaments composed of elastomeric shells and fugitive cores are patterned in 1D and 2D motifs. By precisely controlling the nozzle design, rotation rate, and print path, one can control the local orientation, shape, and cross-sectional area of the patterned fugitive core along each printed filament. Once the elastomeric matrix is cured, the fugitive cores are removed, leaving behind embedded conduits that facilitate pneumatic actuation. Using a connected Fermat spirals pathing approach, one can automatically generate desired print paths required for more complex soft robots, such as hand-inspired grippers. Our integrated design and printing approach enables one to rapidly build soft robotic matter that exhibits myriad shape morphing transitions on demand.

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