如果3D打印中的一個(gè)缺陷能夠成為開(kāi)發(fā)(fā)新技術(shù)的關(guān)鍵，那會(huì )怎樣？這是來(lái)自韓國漢陽(yáng)大學(xué)的一組研究人員提出的建議，他們利用過(guò)量的曝光來(lái)創(chuàng )(chuàng)造受壁虎啟發(fā)(fā)的粘合表面。利用DLP工藝，他們能夠重現(xiàn)類(lèi)似于這些爬行動(dòng)物腿部的各向異性結構，這些爬行動(dòng)物以能夠粘附在表面并輕松分離而聞名。

這些結構的潛在應用包括軟機器人、生物醫(yī)學(xué)設備和物體操作系統(tǒng)。該研究發(fā)(fā)表在《微系統(tǒng)與納米工程》雜志上，涉及韓國大學(xué)的多個(gè)部門(mén)。

解釋各向異性結構的制造和測試過(guò)程。（圖片來(lái)源：Kim,S.、Kim,J.、Seo,S.等人）

DLP（數(shù)字光處理）3D打印涉及使用光選擇性地固化樹(shù)脂。然而，其主要挑戰(zhàn)之一是過(guò)度曝光：當光線(xiàn)超出預期區(qū)域并使不需要的區(qū)域的部件變硬時(shí)就會(huì )發(fā)(fā)生這種情況。這種現(xiàn)象通常被認為是一種缺陷，因為它會(huì )損害結構的準確性。但在這項研究中，研究人員決定重新考慮這一限制。他們巧妙地利用了過(guò)多的曝光來(lái)形成傾斜的微結構，靈感來(lái)自于壁虎的粘性腳。通過(guò)控制打印方向和曝光時(shí)間，他們成功地從簡(jiǎn)單的數(shù)字模型中誘導出微觀(guān)柱子的完美傾斜。

為什么要從壁虎中汲取靈感來(lái)創(chuàng )(chuàng)造各向異性結構？

壁虎的腳上覆蓋著(zhù)稱(chēng)為剛毛的微小結構，這些剛毛本身又分支成微型鏟狀結構。這種結構使得它們能夠牢固地粘附在光滑的表面上，而無(wú)需使用吸力。他們的秘訣在于纖維的傾斜方向，當在一個(gè)方向施加壓力時(shí)，它們可以牢固地粘住，但只要稍微扭轉就可以輕易脫落。

模仿這一原理，研究團隊采用雙模技術(shù)處理印刷的微結構，將它們轉變?yōu)檳軌螄癖諢⒁粯誘掣降謀礱?。這些新的印刷表面復制了這種抓握能力，非常適合用于處理精密物體而不損壞它們的機器人夾持器等應用。

為了證明其方法的可行性，研究人員制造了一個(gè)集成這些各向異性結構的機械模塊。他們的原型能夠粘附在不同的材料上，并通過(guò)受控運動(dòng)輕松地釋放它們。此外，當將新結構與使用傳統(tǒng)方法制造的結構進(jìn)行比較時(shí)，他們發(fā)(fā)現(xiàn)新結構穩(wěn)定性有所提高，同時(shí)簡(jiǎn)化了制造工藝。因此，使用過(guò)量曝光作為設計參數(shù)可以消除昂貴的中間步驟，從而使流程更加高效。

功能各向異性表面的照片。（照片來(lái)源：Kim,S.、Kim,J.、Seo,S.等人）

這項研究表明，通過(guò)創(chuàng )(chuàng)造性的重新設計，缺陷可以轉化為資產(chǎn)(chǎn)。通過(guò)將過(guò)度曝光重新解釋為一種設計工具，研究人員克服了DLP工藝的技術(shù)限制，為制造先進(jìn)結構開(kāi)辟了一條新途徑。

受壁虎啟發(fā)(fā)的機器人夾持器的開(kāi)發(fā)(fā)只是該技術(shù)潛力的一個(gè)例子。未來(lái)，它可以擴展到軟機器人、高精度醫(yī)療設備甚至工業(yè)(yè)裝配系統(tǒng)等領(lǐng)域。

編譯整理：3dnatives