近日，来自瑞士苏黎世联邦理工学院 (ETH) 和美国初创公司Inkbit的研究团队采用最新的激光扫描技术，成功地实现了机械手的3D打印，其内部结构由类人骨骼、韧带和肌腱组成。这项新技术使一次性3D打印具有弹性的特种塑料成为可能，为柔性机器人结构的生产开辟了全新路径。

迅速发展的3D打印技术

3D打印技术的发展十分迅速，过去，3D打印仅限于快速固化塑料，但现在也适用于慢速固化塑料——它们的优势在于更耐用、更坚固同时也有增强的弹性。现在，有越来越多的研究人员正在研究使用聚合物原料一次性3D打印出更复杂且更耐用的机械手。这项新技术使得柔软弹性特性与刚性材料的结合变得更加容易，研究人员可以根据需要使用它创建精致的结构和带有空腔的零件。

3D打印技术通过将数字模型直接转化为实体物体，可实现从设计到生产的快速转变。与在3D打印中常用的快速固化的塑料材料不同，在这项新研究中，瑞士苏黎世联邦理工学院和美国一家初创企业的研究人员使用了具有较好柔韧度的慢速固化的聚合物材料。

3D打印机械手有了骨骼、韧带和肌腱

通常来说，3D打印机逐层打印并在每个固化步骤后刮去表面不规则的部分，但这种打印方式不适用于慢速固化的聚合物材料。在该新研究中，研究人员开发出一种3D打印与激光扫描和反馈机制相结合的新技术，可以快速检查每个打印层的表面不规则情况，实时、精确调整打印下一层时的材料量。利用这一技术，研究人员成功地一次性打印出由不同弹性的聚合物制成的有骨骼、韧带和肌腱的机器人手。

这是科学家利用缓慢固化的硫醇烯聚合物，首次成功一次性打印出一只机械人手。硫醇烯聚合物具有非常好的弹性，弯曲后恢复到原始状态的速度比聚丙烯酸酯快得多。此外，硫醇烯的硬度也可很好地进行微调，以满足柔性机器人的要求。由软材料制成的机器人比传统的金属机器人更具优势。这是由于它们柔软的身体，在与人类一起工作时伤害人类和自身受损的风险均较小，也更适合处理易碎物品。

该小组首次表明该技术可用于在单个打印作业中，打印由多种材料制成的复杂移动设备，其中包括一个仿生的机械手、一个带抓取器的六足机器人，以及一个以心脏为模型的泵。

这项新技术的运行原理类似于常见喷墨打印机上的连供，打印机喷出的树脂在暴露于紫外线 （UV） 时会变硬，逐层构建 3D 对象。

类似于您在办公室中可能发现的那种喷墨打印机的原理。然而，打印机喷出的树脂在暴露于紫外线 （UV） 时会变硬，而不是彩色墨水，而不仅仅是打印一张纸，而是逐层构建 3D 对象。它还能够以极高的分辨率打印，体素（相当于像素的 3D 等价物）只有几微米宽。

这意味着打印机一旦沉积材料就不需要与材料进行任何接触，领导这项研究的苏黎世联邦理工学院机器人学教授罗伯特・卡茨施曼（Robert Katzschmann）说:

这带来了各种各样的好处，因为现在你可以使用需要更长的聚合时间的化学物质，需要更长的时间才能硬化，这开辟了一个全新的空间。

为适应慢固化聚合物的使用，团队添加了3D激光扫描仪，可即时检查每个打印层是否有表面不规则之处。这一反馈机制可在打印下一层时通过实时精确的计算，对材料进行调整，从而精确补偿材料的不足。

科技来源于想象，想象力则是推动人类走向物种最顶端的原动力。软体机器人的自由度其实就是想象力付诸现实的实例。它可以根据人们的需求自由变化，有着极高的灵活性以及与生俱来的高度适应性。毫无疑问，一只拥有骨骼、韧带和肌腱的机械手，在与人类互动方面将更具安全优势，也将在生物工程、救灾救援、医疗领域有着很大的应用前景。

3D打印行业蓄势待发，产业化应用赋能未来

3D打印是传统工艺的有力补充，技术特点契合航空航天、医疗等需求。与传统制造工艺相比，在量产阶段，增材制造速率过慢及尺寸受限，欠缺传统工艺的规模经济优势。但增材制造可实现传统减材工艺无法实现的复杂几何结构件，如加工传统工艺无法加工的蜂窝点阵结构等，以达到大幅减重及增加强度目的。

产业链加速发展，设备成主导地位。增材制造上游包含粉末及激光器等零件，中游为打印设备制造商等，其中设备制造厂商居行业主导。 下游市场端：工业级设备下游主要是航空航天（58%）、汽车（7%）、模具（18%）、医疗领域（10%），桌面级主要是出口为主，应用在日常生活与教育领域。

行业市场空间广阔，未来十年有望保持20%以上增长。全球2022年增材制造市场规模达180亿美元，近五年CAGR达19.66%，金属增材制造增长速度快于整体，国内增长快于全球，中国为全球第二大市场，2022年330亿元市场规模。

文章来源： IT之家，手机和讯网，科技日报，北京日报客户端，BFT白芙堂机器人