哈佛大学开发旋转多材料 3D 打印技术 制出柔性螺旋机器人结构

由柔韧且生物兼容材料制成的柔性机器人，在医疗手术、工业协作、人机交互等领域具有广阔的应用前景。然而这类机器人的结构往往十分复杂，包含多种不同性能的材料，且具有复杂的三维空间形态，传统制造工艺难以高效、精准地完成生产。目前柔性机器人的制造主要依赖铸造和模具工艺，不仅生产周期长、成本高，而且难以实现多材料的无缝集成和复杂空间结构的一体成型。

哈佛大学的研究团队结合了多种 3D 打印技术的优势，开发出了创新的旋转多材料 3D 打印技术方案。该技术的核心创新在于设计了一种可旋转的多材料打印喷嘴，喷嘴内部集成了多个独立的材料通道，可以同时挤出不同性能的打印材料，比如刚性支撑材料、柔性弹性材料、导电功能材料等。随着喷嘴的旋转和打印平台的重新定向，多种材料可以按照预设的空间分布，在三维空间中精准沉积，形成复杂的复合结构。

这一技术路线彻底绕过了传统铸造和模具工艺的限制，实现了柔性机器人复杂结构的一体化打印。打印过程中，不同材料之间可以实现无缝结合，避免了传统组装工艺带来的界面失效问题，大幅提升了结构的整体可靠性。为了验证技术的可行性，研究团队利用该技术成功打印出了柔性螺旋结构，这种结构在柔性机器人中十分常见，既可以作为柔性驱动器，也可以作为柔性传感器的载体。通过精准控制不同材料的空间分布，打印出的螺旋结构兼具良好的柔韧性和一定的结构强度，能够实现复杂的弯曲、扭转等运动形态。

特别值得关注的是，该技术支持生物兼容材料的打印，这意味着其制造的柔性机器人可以直接应用于医疗场景。研究团队表示，这项技术的应用场景远不止于柔性机器人，在柔性电子领域可以用于制造具有复杂三维形态的可穿戴设备，在组织工程领域可以打印具有复杂空间结构的细胞支架，在航空航天领域则可以制造具有梯度性能的轻量化结构件。业内专家认为，旋转多材料 3D 打印技术代表了增材制造从单一材料向多材料复合、从简单结构向复杂功能结构升级的重要方向。