2025年4月29日，清華大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種先進(jìn)的數(shù)字光處理（DLP）3D打印技術(shù)，該技術(shù)能夠一次性制造出由不同材料構(gòu)成的復(fù)合磁性結(jié)構(gòu)。此外，他們還利用這項(xiàng)技術(shù)成功設(shè)計(jì)并打印出一個(gè)集硬磁材料和超順磁材料于一體的軟體機(jī)器人。
 

      制造二維或三維磁結(jié)構(gòu)的方法多種多樣。然而，傳統(tǒng)工藝如模具輔助成型和紫外光刻受限于模具形狀和材料類型，難以制造復(fù)雜磁結(jié)構(gòu)。這些方法通常要求結(jié)構(gòu)成分均勻，使得使用多種材料制造多功能磁結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。盡管多步組裝和材料鍵合技術(shù)能夠?qū)⒉煌�材料組合用于各種應(yīng)用，但它們?cè)诖_保制造結(jié)構(gòu)的尺寸范圍和精度方面存在挑戰(zhàn)。
 

清華大學(xué)的汪家道教授提出了先進(jìn)的數(shù)字光處理技術(shù)，該技術(shù)能夠在單次打印過(guò)程中制造出由不同材料組成的復(fù)合磁性結(jié)構(gòu)。利用這項(xiàng)技術(shù)，汪教授的團(tuán)隊(duì)成功創(chuàng)建了多種復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括磁性軟硬材料復(fù)合體、具有不同磁濃度梯度的復(fù)合材料，以及硬磁-超順磁復(fù)合材料。
 

汪教授進(jìn)一步解釋道，這項(xiàng)研究介紹了磁驅(qū)動(dòng)軟體機(jī)器人的一次性多材料3D打印創(chuàng)新概念和技術(shù)原理。研究?jī)?nèi)容涵蓋了打印結(jié)構(gòu)的機(jī)械和磁特性，并展示了幾個(gè)應(yīng)用示例。研究團(tuán)隊(duì)還詳細(xì)探討了由硬磁和超順磁材料構(gòu)成的軟體機(jī)器人的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，重點(diǎn)研究了磁疇分布和超順磁材料的熱效應(yīng)。他們?cè)u(píng)估了機(jī)器人在表面移動(dòng)、克服障礙、捕獲和運(yùn)輸物體，甚至在液體環(huán)境中游泳的能力，并通過(guò)多物理場(chǎng)耦合仿真分析了它們的游泳姿勢(shì)。
 

      清華大學(xué)的研究人員指出，解決了強(qiáng)磁性結(jié)構(gòu)與離型膜之間的粘附問(wèn)題、固化深度減少以及磁性粒子沉降等問(wèn)題，并通過(guò)生物相容性測(cè)試后，該技術(shù)最終可用于設(shè)計(jì)能夠?qū)⑺幬镏苯虞斔偷缴�物組織內(nèi)傷口部位的膠囊機(jī)器人。

    本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（NSFC）資助，項(xiàng)目編號(hào)：52275200 和 52205312。

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