Инженеры Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD) разработали новый метод 3D-печати мягких механических метаматериалов, который позволяет создавать сложные биоинспирированные структуры с улучшенными характеристиками. Исследование представляет собой значительный шаг вперёд в области аддитивного производства.

Традиционная 3D-печать, появившаяся в 1985 году, произвела революцию в производстве, предложив более дешёвую альтернативу классическим методам и возможность создания кастомизированных прототипов. Однако существующие технологии имеют ограничения при работе с медленно отверждающимися материалами, такими как силикон, эпоксидные смолы и уретаны, которые широко используются в создании мягких метаматериалов.

Напечатанные на 3D-принтере реснички. Источник: SUTD

Команда под руководством доцента Пабло Вальдивия-и-Альварадо разработала архитектурный подход к оптимизации траектории печати. Исследователи разбивают трёхмерную модель на точки и простые геометрические формы, что позволяет генерировать более эффективные маршруты печатающей головки с меньшим количеством остановок и запусков.

Для улучшения характеристик печати учёные модифицировали три коммерчески доступных силиконовых материала с помощью добавки Thivex, создав девять различных комбинаций, оптимизированных для прямой печати чернилами. С использованием новой методологии были успешно напечатаны различные биоинспирированные структуры, включая реснички, паутинообразные конструкции, листоподобные структуры и решётки.

Пневматический привод Pneunet (пневматическая сеть) в форме листа папоротника, изготовленный на 3D-принтере. Источник: SUTD

Практические испытания показали впечатляющие результаты: добавление напечатанных ресничек к присоскам значительно увеличило их силу сцепления, а решётчатые структуры продемонстрировали способность поглощать энергию удара, снижая пиковые силы на 85%. Более того, новый метод позволяет создавать структуры с контролируемой жёсткостью и градиентными свойствами.

В настоящее время команда работает над масштабированием технологии, снижением затрат и расширением спектра используемых материалов. Особое внимание уделяется разработке многоматериальной печати для создания «инженерных метаматериалов» и внедрению методов машинного обучения для автоматизированного проектирования структур с заданными характеристиками.

Хотя технология находится на исследовательской стадии, она имеет значительный потенциал для применения в робототехнике, носимых технологиях и разработке метаматериалов. При этом исследователи подчёркивают, что новый метод не заменит традиционное производство, а дополнит его в специализированных областях.

Подробнее на iXBT