精品网站在线免费观看 DIW 3D打印同轴纤维，助力静电器件性能跨维跃升！

在现代科技的浪潮中，电静力设备因其快速响应、高能量密度和低噪音等特性，被广泛应用于执行器、传感器和粘附装置等领域。然而，传统的电静力设备制造方法大多依赖于逐层堆叠技术，这种方法不仅耗时，而且限制了设计的灵活性和设备的性能。

近年来，随着3D打印技术的兴起，研究人员开始探索如何利用这一技术突破传统制造方法的局限，实现复杂电静力系统的快速开发。传统的电静力设备制造方法，如刮刀涂层和旋涂法，虽然技术成熟，但存在诸多问题。首先，这些方法通常只能制造简单的平面几何结构，难以实现复杂的三维电静力结构。其次，由于制造过程中的缺陷，这些方法容易导致设备性能不稳定。此外，传统的模具方法虽然可以制造更复杂的几何结构，但对材料的流动性要求较高，限制了材料的选择范围，并且多材料模具制造的复杂性也限制了其在更广泛应用中的可扩展性。尽管已有研究致力于提升电静力设备的结构和性能，但大多数现有制造技术仍处于非自动化阶段，限制了其可扩展性和设计复杂性。

基于此，研究人员开始探索通过3D打印技术来改善制造工艺，例如利用熔融沉积建模（FDM）制造全3D打印的电粘附装置，或通过数字光处理（DLP）制造多层电静力执行器。然而，这些方法要么只能部分实现3D打印，要么对材料和结构的复杂性要求较高，难以满足全3D打印电静力设备的需求。直接墨水写（DIW）作为一种基于挤压的3D打印技术，已被用于制造介电设备，包括介电弹性体执行器。然而，这些方法通常只能制造平面设备，需要通过卷曲或堆叠才能实现所需的三维结构。同轴打印技术为这一问题提供了新的解决方案，但目前的同轴打印方法大多只能制造圆形同轴纤维，限制了纤维之间的相互作用面积，从而影响了电静力设备的性能和应用范围。因此，开发能够制造更复杂结构且具有高分辨率的新型打印方法，以提升电静力设备的性能，成为了当前研究的重要方向。

来自南洋理工大学王一凡教授课题组提出了一种基于直接墨水写（DIW）技术的制造方法，用于生产具有可定制截面形状的同轴电静力纤维（CEFs）。这种纤维的导电核心由聚二甲基硅氧烷（PDMS）和碳黑（CB）组成，而介电外壳则由高介电常数的硅树脂（SE 1700）、钛酸钡颗粒（BTO）和碳黑混合而成。其中，实验中的同轴喷嘴是采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术（nanoArch® S140，精度：10μm）制备而成，成型材料选用摩方HTL树脂。

相关研究以“Direct ink writing of coaxial electrostatic fibers with customizable cross-sections and functional properties”为题发表在国际期刊《Additive Manufacturing》上。

通过优化墨水的流变性质，研究人员成功制造了多种几何结构，包括一维纤维、二维网格和分层结构，以及三维线圈和网格结构。与传统手工制造和现有3D打印方法相比，这种方法不仅能够使用多种材料制造复杂结构，还能实现对纤维核心直径和外壳厚度的高精度控制。研究人员通过改变喷嘴形状和调整流速比，实现了不同截面形状（如圆形、三角形和矩形）的纤维制造，并将外壳厚度控制在薄至33μm。这种技术不仅显著提升了电静力设备的设计灵活性，还提高了其性能，为电静力设备在执行器、机器人和触觉界面等领域的应用提供了更广阔的可能性。

研究人员进一步展示了这些打印电静力结构在电静力离合器和电驱动形状变形结构中的应用。实验结果表明，通过调整纤维的截面形状和外壳厚度，可以显著增强电静力设备的性能。例如，三角形截面的纤维结构由于其更大的接触面积，能够产生更强的电静力，从而在不增加设备尺寸或电压需求的情况下，实现更高的力响应。此外，研究人员还通过打印具有梯形截面的纤维，制造了一种电驱动形状变形结构，该结构能够在施加电压后从平面结构转变为三维管状结构，展示了其在形状变形领域的巨大潜力。

总结：

这项研究通过直接墨水写技术成功制造了具有可定制截面形状和功能特性的同轴电静力纤维，为电静力设备的制造提供了一种全新的高效、灵活的解决方案。研究人员通过优化导电和介电墨水的配方，实现了对纤维截面形状、外壳厚度和力学性能的精确控制，并展示了其在电静力离合器和电驱动形状变形结构中的应用潜力。

在电静力离合器的应用中，研究人员通过改变纤维的截面形状和外壳厚度，显著提升了离合器的性能。例如，三角形截面的纤维结构由于其更大的接触面积，能够产生更强的电静力，从而在不增加设备尺寸或电压需求的情况下，实现更高的力响应。这种设计不仅提高了设备的性能，还为电静力设备在可穿戴设备和机器人技术中的应用提供了新的可能性。

在电驱动形状变形结构的实验中，研究人员通过打印具有梯形截面的纤维，成功制造了一种能够在施加电压后从平面结构转变为三维管状结构的装置。这一成果展示了同轴电静力纤维在形状变形领域的巨大潜力，为未来开发更复杂、更高效的变形结构提供了新的思路。

尽管取得了显著的成果，但研究人员也指出，当前的制造方法仍面临一些挑战。例如，现有的热固化过程限制了复杂三维结构的制造，而纤维的小型化（小于400μm）也存在困难。此外，设备的高工作电压（数千伏）也带来了安全问题，限制了其在小型可穿戴设备中的应用。