3D打印科研突破：2024年《Science》和《Nature》上的十篇文章

2024年已經(jīng)過去,，在這一年里,，3D打印技術(shù)迎來了其發(fā)展歷程中的又一里程碑,，這一年的研究突破不僅鞏固了3D打印作為制造業(yè)革命性力量的地位,，更拓展了它在醫(yī)療,、工程,、材料科學(xué)等跨學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用邊界,。Science和Nature這兩份國際頂尖學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表的一系列論文，記錄了該年度內(nèi)3D打印領(lǐng)域的重要進(jìn)展,。

南極熊將帶您回顧2024年中那些激動(dòng)人心的3D打印研究進(jìn)展,，看看科學(xué)家們是如何一步步推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)向前發(fā)展的。通過了解這些創(chuàng)新,，我們可以預(yù)見未來3D打印會(huì)給我們帶來更多的驚喜,！

1、Science：3D打印可制造多色發(fā)光結(jié)構(gòu)

2024年1月16日,，來自加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)與工程系,、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部等的研究成員在光致發(fā)光領(lǐng)域取得突破，并借助3D打印技術(shù)制備了光致發(fā)光結(jié)構(gòu)。他們的研究結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)表在了Science上,，研究題目為Supramolecular assembly of blue and green halide perovskites with near-unity photoluminescence（具有近乎一致光致發(fā)光的藍(lán)色和綠色鹵化物鈣鈦礦的超分子組裝）,。



從題目中不難發(fā)現(xiàn)，這篇文章主要關(guān)注的是鹵化物鈣鈦礦材料的合成及其在高效發(fā)光二極管（LED）中的應(yīng)用,，但其中3D打印技術(shù)起到了關(guān)鍵作用：

●研究人員利用3D打印技術(shù)精確控制鹵化物鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)和形態(tài),。通過3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鹵化物鈣鈦礦薄膜的高度均勻分布,，這對(duì)于提高LED的性能至關(guān)重要,。

●通過優(yōu)化3D打印工藝，研究人員成功地制備了具有接近100%光致發(fā)光量子產(chǎn)率的藍(lán)色和綠色鹵化物鈣鈦礦材料,，高效的光致發(fā)光特性表明這些材料非常適合用于制造高效率的LED,。

●利用3D打印技術(shù)制備的鹵化物鈣鈦礦LED展示了出色的亮度、穩(wěn)定性和色純度,。與傳統(tǒng)制造方法相比,，3D打印技術(shù)使得制備的LED具有更高的均勻性和一致性，從而提高了整體性能,。


△實(shí)現(xiàn)藍(lán)綠雙色3D打印,。 (A) 多材料 3D 打印過程示意圖。 （B 和 C）白光 (B) 和 254 nm 紫外線 激發(fā)下的兩座 3D 打印發(fā)光埃菲爾鐵塔,。 (D) 254 nm 紫外線激發(fā)下的雙色發(fā)光埃菲爾鐵塔,。 (E 到 H) 具有不同層次結(jié)構(gòu)和幾何形狀的共形和扭曲八位體桁架，包括立方八面體,、十四面體和門格爾海綿結(jié)構(gòu),，分別具有藍(lán)色和綠色發(fā)射器或其組合。這些打印結(jié)構(gòu)在 254 nm 處進(jìn)行光激發(fā),。

這項(xiàng)研究為利用3D打印技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量鹵化物鈣鈦礦LED提供了可能性,。3D打印技術(shù)不僅有助于提高LED的效率，還可能降低生產(chǎn)成本并簡化制造過程,。這種技術(shù)的進(jìn)步對(duì)于推動(dòng)未來顯示技術(shù)和照明領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義,。

原文鏈接：DOI: 10.1126/science.adi4196

2、Science：“一箭雙雕”——實(shí)現(xiàn)超均勻,、高強(qiáng)塑性的3D打印鈦合金

2024年2月8日,，重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院與澳大利亞昆士蘭大學(xué)、丹麥技術(shù)大學(xué)的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)在Science發(fā)表了題為Ultra-uniform, strong, and ductile 3D printed titanium alloy through bifunctional alloy design文章,，提出一種“一箭雙雕”的合金設(shè)計(jì)策略,，為探索多種金屬粉末原料、可變的打印合金體系,、不同的3D打印技術(shù)以及先進(jìn)的多材料打印開辟了一條途徑,。



研究人員表示,，金屬3D打印過程中通常涉及多重物理和冶金現(xiàn)象，從而賦予打印構(gòu)件復(fù)雜的微觀組織結(jié)構(gòu)和多樣的力學(xué)性能,。但是在3D打印過程中,，金屬經(jīng)常會(huì)形成粗大的柱狀晶粒和不均勻分布的相，這樣的組織結(jié)構(gòu)不僅導(dǎo)致打印構(gòu)件的力學(xué)性能不均勻,，同時(shí)也會(huì)降低構(gòu)件的力學(xué)性能,。因此，研究者們最初設(shè)想是尋求一種“一箭雙雕”的合金設(shè)計(jì)策略,，從而直接通過3D打印獲得性能優(yōu)越和均勻的鈦合金。


△Mo納米顆粒的添加顯著提高了3D打印Ti-5553合金的力學(xué)性能及其均勻性

研究人員采用了雙功能合金設(shè)計(jì)策略,，即通過合金元素的選擇和比例調(diào)整,，以達(dá)到既增加合金強(qiáng)度又保持良好延展性的目的。雙功能合金設(shè)計(jì)使得3D打印的鈦合金具有超均勻的微觀結(jié)構(gòu),，這意味著材料內(nèi)部沒有明顯的局部差異,，這有助于提高材料的整體性能�,？偠�言��,，研究團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化3D打印工藝和合金成分，成功制備了具有超均勻微觀結(jié)構(gòu)的3D打印鈦合金,，減少了材料內(nèi)部的缺陷,，如裂紋、孔隙和其他不連續(xù)性,，從而顯著提升了材料的機(jī)械性能,，其屈服強(qiáng)度達(dá)926MPa，斷裂伸長率為26%,，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與塑性的優(yōu)良匹配,。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj0141

3、Science：光固化3D打印“心臟創(chuàng)可貼”問世,，可修復(fù)受損心臟

2024年8月3日,，來自科羅拉多大學(xué)博爾德分校 (CU Boulder) 和賓夕法尼亞大學(xué)的研究小組率先開發(fā)出一種3D打印水凝膠材料工藝，這種材料既有彈性,，又有粘性,，而且有回彈性，可用于打印內(nèi)部繃帶以修復(fù)受損的心臟組織,、軟骨補(bǔ)片或無針縫合線,。研究以Additive manufacturing of highlyentangled polymer networks為題，發(fā)表在Science頂級(jí)期刊上,。



這種彈性創(chuàng)可貼狀材料的制作得益于研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一種特殊 3D 打印工藝,，此工藝稱為 CLEAR（通過氧化還原引發(fā)輔助的光照后連續(xù)固化）,，本質(zhì)上可以控制打印過程中材料分子的交聯(lián)。這是通過結(jié)合使用“明暗聚合”來實(shí)現(xiàn)的,。研究人員表示,，這種新穎的3D打印方法在室溫下即可實(shí)現(xiàn)高單體轉(zhuǎn)化率，無需額外的刺激,，例如打印后的光線或熱量,，并且能夠通過增材制造生產(chǎn)高度糾纏的水凝膠和彈性體，與傳統(tǒng)的 DLP 相比,，其延伸能量高出四到七倍,。


△ CLEAR技術(shù)打印的多種彈性形狀

研究人員已為這項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)了臨時(shí)專利，它不僅成功打印出比標(biāo)準(zhǔn) DLP 機(jī)器打印的部件更柔韌,、更堅(jiān)韌的材料,，而且還具有粘性，可以粘在組織上,。Burdick 實(shí)驗(yàn)室的研究員 Matt Davidson 表示可以 3D 打印出強(qiáng)度足以支撐組織的粘合材料,。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn6925

4、Nature：3D打印抗疲勞鈦合金取得突破性進(jìn)展

2024年2月27日,，中國科學(xué)院金屬研究所材料疲勞與斷裂團(tuán)隊(duì)帶頭人張哲峰研究員在前期疲勞損傷機(jī)制和疲勞預(yù)測理論指導(dǎo)下,，與輕質(zhì)高強(qiáng)材料研究部楊銳研究員團(tuán)隊(duì)開展合作，提出了一種通過單獨(dú)調(diào)控其微觀結(jié)構(gòu)和缺陷來制造抗疲勞3D打印鈦合金的創(chuàng)新策略,，稱為凈增材制造制備（NAMP）,，研究成果于2024年2月29日以題為High fatigue resistance in a titaniumalloy via near void-free 3D printing發(fā)表在Nature正刊上。



研究人員表示,，理想狀態(tài)下3D打印技術(shù)直接制備出的鈦合金組織（稱為Net-AM組織）應(yīng)具有天然優(yōu)異的疲勞性能,，而打印過程中產(chǎn)生的氣孔等缺陷掩蓋了其自身組織抗疲勞的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致實(shí)際測量的3D打印材料疲勞性能大幅降低,。因此,，提升3D打印材料疲勞性能的關(guān)鍵在于消除打印氣孔的同時(shí)，需要盡可能保留原始打印的組織狀態(tài),。然而,，目前消除氣孔的工藝往往伴隨組織粗化，而細(xì)化組織的處理又會(huì)帶來氣孔復(fù)現(xiàn),，甚至引發(fā)晶界α相富集等新的不利因素,，可謂進(jìn)退兩難。


△打印態(tài),、NAMP態(tài)以及其他兩種典型狀態(tài)3D打印鈦合金組織和缺陷特征：（a）打印態(tài),；（b）熱等靜壓（HIP）態(tài)；（c）Near-net-AM態(tài),；（d）Net-AM態(tài),。

幸運(yùn)的是,，研究人員在Ti-6Al-4V合金中首次發(fā)現(xiàn)，高溫下3D打印態(tài)組織的晶界遷移及氣孔長大與相轉(zhuǎn)變過程表現(xiàn)出異步的特性,，即存在一個(gè)熱處理工藝窗口,，既可實(shí)現(xiàn)板條組織細(xì)化，又能有效抑制晶界α相富集及氣孔復(fù)現(xiàn),。為此,，研究人員巧妙地利用了這一工藝窗口，發(fā)明了缺陷與組織分步調(diào)控的NAMP新工藝（Net-Additive Manufacturing Process）,，最終制備出幾乎無氣孔的近Net-AM Ti-6Al-4V合金,。NAMP工藝步驟主要包括用于消除微孔的熱等靜壓 (HIP) 以及隨后用于恢復(fù)增材制造微觀結(jié)構(gòu)的高溫短時(shí) (HTSt) 熱處理具有細(xì)小的馬氏體板條，可以成功地使鈦合金恢復(fù)幾乎無空隙的Net-AM顯微組織,。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07048-1

5,、Nature：基于連續(xù)液體界面技術(shù)生產(chǎn)制造特定形狀的顆粒

2024年3月13日，來自美國斯坦福大學(xué)的Joseph M. DeSimone等研究者介紹了一種可擴(kuò)展的且高分辨率的3D打印技術(shù),，用于基于卷對(duì)卷連續(xù)液界面生產(chǎn)(r2rCLIP)的形狀特定顆粒的制造。相關(guān)論文以題為Roll-to-roll, high-resolution 3D printing of shape-specific particles于2024年03月13日發(fā)表在Nature上,。



研究探討了高分辨率3D打印技術(shù),，特別是CLIP（連續(xù)液界面生產(chǎn)）方法在微細(xì)結(jié)構(gòu)制造中的應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種名為r2rCLIP的系統(tǒng),，該系統(tǒng)可以在柔性基底上快速,、連續(xù)地打印出具有復(fù)雜三維形態(tài)的微粒子。通過優(yōu)化打印參數(shù)如光劑量,、灰度處理和光學(xué)近似校正等,，研究人員實(shí)現(xiàn)了對(duì)固化深度的高度控制，減少了過固化現(xiàn)象,，并能精細(xì)調(diào)整每個(gè)體素內(nèi)的特性,。


△Roll-to-roll-CLIP是具有復(fù)雜幾何形狀的粒子的快速制造工藝

研究探究了不同樹脂組合物對(duì)于打印效果的影響，展示了從低到高的穿透深度以及相應(yīng)的固化深度測量結(jié)果,。實(shí)驗(yàn)采用了金/鈀涂層來增強(qiáng)掃描電子顯微鏡下的成像質(zhì)量,。同時(shí)，作者們討論了如何利用橋接測試方法確定樹脂的固化特性曲線,，從而為選擇合適的打印條件提供指導(dǎo),。

這項(xiàng)工作不僅提升了3D打印技術(shù)的精度，也為制造具有特定功能的微米級(jí)顆粒鋪平了道路,，有望應(yīng)用于藥物遞送,、組織工程和其他領(lǐng)域。研究強(qiáng)調(diào)了材料特性的選擇對(duì)于成功實(shí)現(xiàn)高分辨率打印的重要性,，包括光折射與衍射,、穿透深度及凝膠化所需的關(guān)鍵曝光劑量等因素,。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07061-4

6、Nature：新型環(huán)保3D打印材料突破——利用天然成分實(shí)現(xiàn)高效可逆光聚合

2024年5月15日,，南極熊獲悉,，來自伯明翰大學(xué)的研究者們通過真空光聚合的方法對(duì)光致聚合樹脂進(jìn)行增材制造，可以實(shí)現(xiàn)定制3D打印零件的快速制造,。他們的研究已經(jīng)發(fā)表在Nature上,，題目為A renewably sourced, circular photopolymer resin for additive manufacturing。



研究者們提出了一種創(chuàng)新的3D打印材料,，通過使用含有應(yīng)變環(huán)二硫化物（如天然來源的α-硫辛酸）的樹脂體系,，在保持足夠高的二硫化物濃度以支持快速固化的同時(shí)，避免了傳統(tǒng)添加劑帶來的不可逆性問題,。研究人員將α-硫辛酸與可持續(xù)資源衍生的山梨醇和薄荷醇結(jié)合,，制備出兩種化合物——山梨醇硫辛酸酯（IsoLp2）作為多價(jià)交聯(lián)劑，以及薄荷基硫辛酸酯（MenLp1）作為反應(yīng)型稀釋劑,。這兩種物質(zhì)混合后形成穩(wěn)定的打印樹脂,，其中MenLp1起到了穩(wěn)定作用，防止了IsoLp2在儲(chǔ)存期間因自交聯(lián)而凝膠化,。


△光固化樹脂的3D打印及其回收利用

該樹脂系統(tǒng)不僅表現(xiàn)出良好的環(huán)境穩(wěn)定性,，而且其合成過程也考慮到了綠色化學(xué)原則，采用更安全,、毒性較低的試劑和溶劑,。這種新材料使得3D打印件可以在光照下發(fā)生可逆的聚合反應(yīng)，為未來的回收再利用提供了可能性,，并且減少了對(duì)環(huán)境的影響,。此外，技術(shù)還展示了優(yōu)異的打印精度和機(jī)械性能,，有望推動(dòng)3D打印行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07399-9

7、Nature：微納3D打印可注射超聲傳感器,，用于顱內(nèi)生理信號(hào)監(jiān)測

2024年6月5日,，華中科技大學(xué)臧劍鋒教授、姜曉兵教授以及新加坡南洋理工大學(xué)陳曉東教授團(tuán)隊(duì)攜手合作,，研發(fā)出一種創(chuàng)新型可注射超聲凝膠傳感器,，有望克服傳統(tǒng)有線傳感器存在的感染風(fēng)險(xiǎn)和術(shù)后并發(fā)癥等問題，同時(shí)避免現(xiàn)有無線電子傳感器體積過大,、無法體內(nèi)降解等臨床應(yīng)用挑戰(zhàn),。相關(guān)研究成果以Injectable ultrasonic sensor for wireless monitoring of intracranial signals為題在線發(fā)表于Nature期刊。



研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制造了一種新型傳感器結(jié)構(gòu),，名為"超聲超凝膠",，是由雙網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)的水凝膠基質(zhì)和內(nèi)部周期性排列的空氣孔道組成,，體積僅為2×2×2mm3。這種可注射傳感器是研究團(tuán)隊(duì)采用摩方精密面投影微立體光刻(PμSL)3D打印技術(shù)(nanoArch® S140,，精度：10 μm)加工模具后,，經(jīng)水凝膠翻模制備而成。經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬結(jié)構(gòu)優(yōu)化,，該特殊結(jié)構(gòu)在8-10MHz頻段具有聲學(xué)帶隙,，對(duì)入射超聲波有很強(qiáng)的反射能力。凝膠材料均采用生物相容性且可降解材料制成,，注射入體約1個(gè)月后可自然降解,，無需再次開顱取出。


△可注射,、可降解的超凝膠超聲傳感器設(shè)計(jì)原理--基于超聲反射的超凝膠無線顱內(nèi)生理傳感器示意圖,。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07334-y

8、Nature：新型3D打印彈性體材料突破強(qiáng)度與韌性極限

2024年7月,，浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院謝濤,、吳晶軍研究團(tuán)隊(duì)最近3D打印出一根“超級(jí)橡皮筋”，它能拉伸到自身長度的9倍以上,，直徑約1毫米的“身軀”能提起一包10公斤的大米,，其性能遠(yuǎn)超其他3D光固化打印彈性體。他們的研究成果已經(jīng)發(fā)表在Nature上,，題目為3D printable elastomers with exceptional strength and toughness。



研究人員開發(fā)了一種用于3D打印的光固化樹脂,，該樹脂能生成具有非凡強(qiáng)度和韌性的彈性體,。通過引入動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵，這種材料允許網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu),，促進(jìn)了層級(jí)氫鍵（特別是酰胺氫鍵）,、微相分離及互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，這些特性共同作用賦予了材料卓越的機(jī)械性能,。經(jīng)熱后固化6小時(shí),，彈性體的拉伸強(qiáng)度達(dá)到了94.6 MPa，韌性為310.4 MJ m^-3,，遠(yuǎn)超現(xiàn)有3D打印彈性體,。


△“超級(jí)橡皮筋”拉伸前后對(duì)比圖。左圖為拉伸前,，右圖為拉伸后,。

此材料在汽車、建筑,、消費(fèi)產(chǎn)品等傳統(tǒng)領(lǐng)域以及微流控,、軟機(jī)器人,、可穿戴電子和醫(yī)療器械等新興領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。研究團(tuán)隊(duì)來自浙江大學(xué),、上海交通大學(xué)等多個(gè)機(jī)構(gòu),，其成果有望推動(dòng)3D打印技術(shù)在大規(guī)模制造中的應(yīng)用。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07588-6

9,、Nature：聲光結(jié)合,，動(dòng)態(tài)界面3D打印技術(shù)打造未來制造新范式

2024年10月30日，南極熊獲悉,，來自澳大利亞的研究學(xué)者提出了一種新的3D打印方法——?jiǎng)討B(tài)界面打印,，利用聲學(xué)調(diào)制的受限氣液邊界，在幾十秒內(nèi)快速生成厘米級(jí)的3D結(jié)構(gòu),。他們的研究成果已經(jīng)發(fā)表在Nature上,，題目為Dynamic interface printing（動(dòng)態(tài)界面打印）,。



體積打印技術(shù)因其能夠快速制造自由浮動(dòng)且各向同性的結(jié)構(gòu)而受到廣泛關(guān)注,，但這種方法同樣面臨著對(duì)專業(yè)光學(xué)系統(tǒng)或特殊材料配方的需求，從而限制了其更廣泛的應(yīng)用,。來自澳大利亞墨爾本大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的3D打印技術(shù)——動(dòng)態(tài)界面打�,。―ynamic Interface Printing, DIP）。該技術(shù)利用一個(gè)開放底部并密封透明玻璃窗口頂部的空心打印頭,，通過聲學(xué)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生受控的氣-液界面,，以此來實(shí)現(xiàn)物體的快速生成。這一創(chuàng)新方法不僅避免了傳統(tǒng)技術(shù)中所需的復(fù)雜反饋系統(tǒng)和特定化學(xué)物質(zhì),，而且能夠在幾秒鐘到幾十秒的時(shí)間范圍內(nèi)完成厘米級(jí)別的3D結(jié)構(gòu)打印,。


△DIP創(chuàng)新方法利用空心打印頭和氣液彎月面，通過調(diào)節(jié)氣壓和聲波實(shí)現(xiàn)高速,、無層的3D打印

DIP的獨(dú)特之處在于能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)打印頭內(nèi)的壓力,，從而允許在打印過程中控制彎液面的形狀和位置。這種調(diào)制可以是固定的,，形成靜態(tài)彎月面,，但是也可以在振幅和頻率范圍內(nèi)對(duì)界面進(jìn)行聲學(xué)調(diào)制，以形成毛細(xì)重力波,。彎月面在任何給定時(shí)刻的精確位置由打印頭的垂直位置,、打印頭內(nèi)的靜態(tài)空氣壓力以及聲調(diào)制的振幅和頻率的疊加決定。這種振蕩致動(dòng)可以連續(xù)激活或者在投影之間瞬時(shí)激活,。

這種全新的3D打印方法,，不僅克服了現(xiàn)有技術(shù)的速度瓶頸，還拓展了適用材料的范圍，特別是對(duì)于軟質(zhì)和生物相關(guān)材料的支持,。此外,，DIP技術(shù)展現(xiàn)出了在無需專用化學(xué)物質(zhì)或光學(xué)反饋系統(tǒng)的條件下，快速生成任意無支撐結(jié)構(gòu)的能力,，這對(duì)于高存活率的組織工程,、規(guī)模化生產(chǎn)和快速原型制作等領(lǐng)域具有重要意義,。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08077-6

10,、Nature：3D 打印賦能鳥類起飛機(jī)制研究，助力新型仿生機(jī)器人 RAVEN的制造

2024年12月4日,，來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院 (EPFL) 的研究人員在Nature上發(fā)表了關(guān)于仿生機(jī)器人 RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments) 的最新研究成果,，題目為Fast ground-to-air transition with avian-inspired multifunctional legs。此機(jī)器人模仿鳥類,，能夠行走,、跳躍和飛行，并利用受鳥類啟發(fā)的起飛機(jī)制,，實(shí)現(xiàn)了高效的空中-地面過渡,。3D 打印技術(shù)在 RAVEN 的制造過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，賦能了這項(xiàng)突破性研究,。



RAVEN 的核心創(chuàng)新在于其受鳥類后肢啟發(fā)的仿生腿部機(jī)構(gòu),，與復(fù)雜的鳥類腿部結(jié)構(gòu)不同，RAVEN 的腿部設(shè)計(jì)簡化到只有臀部,、踝部和腳部三個(gè)主要部分,，并通過控制臀部和踝部關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)行走、跳躍和飛行等多種運(yùn)動(dòng)模式,。


△受鳥類啟發(fā)的機(jī)器人設(shè)計(jì)和功能

為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì),，研究人員大量應(yīng)用了 3D 打印技術(shù)。RAVEN 的許多關(guān)鍵部件,，包括齒輪箱、腿部連接件,、腳部結(jié)構(gòu)以及機(jī)身框架等,，都是使用3D打印機(jī)Ultimaker S5以及高韌性PLA材料制成的。這種制造方式不僅可以快速構(gòu)建復(fù)雜的幾何形狀,，還能夠根據(jù)需要調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù),，從而優(yōu)化機(jī)器人的性能。例如,，RAVEN 的腳部設(shè)計(jì)采用了扁平足結(jié)構(gòu),，并通過 3D 打印技術(shù)在腳趾處集成了被動(dòng)彈性關(guān)節(jié)，以增強(qiáng)其在陸地運(yùn)動(dòng)和地面-空中過渡過程中的穩(wěn)定性和靈活性。此外,，3D 打印還使得研究人員能夠快速迭代設(shè)計(jì),，并在實(shí)驗(yàn)中不斷改進(jìn) RAVEN 的性能。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08228-9

總結(jié)
在2024年,，Science和Nature兩大頂尖學(xué)術(shù)期刊共發(fā)表了十篇聚焦于增材制造（即3D打�,。╊I(lǐng)域的突破性研究，這些研究拓展了技術(shù)邊界,、預(yù)示著制造業(yè)的未來,。研究涵蓋了從新型材料開發(fā)、超快打印技術(shù)到生物兼容性應(yīng)用等多個(gè)方面,；探索了增材制造在軟機(jī)器人,、醫(yī)療設(shè)備、電子元件等前沿科技中的潛力,；展示了該技術(shù)如何改變我們生產(chǎn)和使用復(fù)雜定制化產(chǎn)品的模式,。隨著這些新技術(shù)逐漸走向商業(yè)化，一個(gè)更加靈活高效且可持續(xù)發(fā)展的制造行業(yè)正在成型,。