 3D-печатный плюшевый мишка может иметь жесткую головку, податливый живот и сгибаемую руку, хотя вся целая игрушка сделана из того же относительно жесткого материала, с использованием нового метода, разработанного Disney Research.
При использовании принтера, чтобы изменить мелкомасштабную структуры материала, исследователи показали, что они могут изменять эластичность в одном и том же объекте. Они разработали семейство совместимых микроструктур с различными упругими свойствами, которые позволяют разработчикам выбирать желаемые свойства для каждой области объекта.
Команда продемонстрировали новый способ производить несколько деформируемых игрушек, в том числе плюшевого мишку и кролика, а также пару деформируемых трубок, которые могут быть использованы в качестве манипулятора для мягкого робота.
Многие функциональные объекты в повседневной жизни состоят из упругого, деформируемого материала, и свойства материала часто неразрывно связаны с его функцией. 3D-печать, как правило, включает в себя только один материал или очень небольшой набор материалов. Тем не менее, 3D печать легко производит сложные 3D микроструктуры, которые можно использовать для создания метаматериалов со свойствами, помимо тех, которые имеют в стандартных материалах для принтеров.
Метаматериалы получают свои объемные свойства по форме и расположению микроструктур, а не по составу самого материала – что не является новым. Что команде удалось сделать, так это использовать разнообразие этих метаматериалов, чтобы разные области внутри одного объекта могли иметь различные упругие свойства.
Они начали с отбора ряда микроструктур, чтобы определить их свойства. Затем они были сгруппированы в семейства подобных структур, которые представляют ряд упругих поведений и которые могут быть интерполированы с плавным изменением свойства материалов в широком диапазоне.
Чтобы создать объект, эти микроструктуры были облицованы вместе внутри самого объекта. Исследователи создали алгоритм для оптимизации комбинации этих микроструктур, убедившись, что микроструктуры различных форм соединяются должным образом.
В демонстрационных объектах команда показала, что этот метод может быть использован для получения полностью сочлененных фигур, с суставами, которые изгибаются, даже если оставшаяся часть каждой конечности была жесткой. Простой двухпальцевый манипулятор, разработанный для мягкого робота, имеет две трубы, предназначенные для сгибания только в одном направлении, когда шар внутри раздувается или спускается.
|
