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  受自然生物啟發，具有可編程結構設計和可控變形能力的柔性驅動器逐漸受到廣泛關注。3D打印技術的應用則克服了傳統成型方法的一些瓶頸與限制，為具有復雜結構的柔性驅動器的制備成型提供了一種新方法。其中，熔融沉積成型（FDM）方法具有成本低、原理簡單、無顆粒沉降、材料適應性廣等優點，但由于熔絲沉積3D打印機的結構原理限制，低模量線材通過傳動齒輪送入擠出頭時會出現屈曲失穩或打滑現象，難以打印超柔性磁驅動器。因此，迫切需要發展一種新的基于柔性材料的3D打印方法。

  近日，中國科學技術大學龔興龍教授團隊在《Advanced Science》上發表了題為“3D Printing Ultraflexible Magnetic Actuators via Screw Extrusion Method”的論文。該論文通過熔融共混擠出和液氮研磨方法制備了可打印的CIP/TPR磁性粉末，并將螺桿擠出技術引入打印機的加熱組件，以克服傳統熔絲沉積打印過程中的柔性線材的屈曲失穩問題。因此，打印樣件的模量可以降低至~2 MPa。基于上述3D打印方法，構建了軟管和管道結構以證明磁驅動器的變形可控性，并通過一系列實驗和有限元仿真研究了磁驅動器的磁致變形性能，其最大收縮率分別可以達到66%和63%。最后，通過演示實驗驗證了吸盤和泵仿生磁驅動器的功能化操作，可用于吸附和釋放物體以及泵送液體。

圖1 粉末制備過程和超柔性磁驅動器打印過程示意圖。

圖2 軟管驅動器的變形行為分析。

圖3 吸盤驅動器的應用演示。

圖4 管道驅動器的變形行為分析。

圖5 泵驅動器的應用演示。

  綜上，該工作開發了一種基于螺桿擠出技術的3D打印方法用來制造超柔性磁驅動器。打印的磁驅動器具有復雜的結構設計和可控的變形能力，在軟體機器人和仿生學領域具有廣闊的應用前景。論文第一作者為中國科大工程科學學院博士研究生曹旭峰，通訊作者為中國科大工程科學學院龔興龍教授和宣守虎教授。

  該研究得到了國家自然科學基金項目和中央高校基礎科研基金的資助和支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202200898