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作者提出了一種使用非接觸式連續打印調整的基于噴墨的多材料沉積方法，并將該方法稱為視覺控制噴射(VCJ)(圖1)。VCJ利用高速3D視覺系統來捕獲當前打印表面的深度圖，并通過局部調整下一層中噴射的樹脂量來補償與理想平面的偏差。該方法的視覺系統使用四個攝像頭和兩個激光源在打印時進行激光輪廓測量。執行包括整個打印區域的表面掃描的反饋循環，而不會減慢打印過程。該方法比以前的工作快660倍，吞吐量高達33 ml min^?1。下載化學加APP到你手機，更加方便，更多收獲。

作者評估了這些材料的性能，并將其與最先進的3D噴射材料進行了比較(圖2a-2c)。當它們是新的時候，它們的彈性模量和斷裂伸長率非常匹配。作者測試了丙烯酸酯(Tango Black Plus)和軟硫醇烯在暴露于戶外風化(包括紫外線照射、溫度變化和濕度時的彈性模量變化。Tango Black Plus的彈性模量(0.89 MPa)僅在250小時后就增加了約113倍，在1,000小時后增加了約295倍，達到261 MPa。相比之下，1000小時后，該研究中的軟硫醇烯的彈性模量(0.53 MPa)僅發生約4%的變化(圖2d)。與新的相比，軟硫醇烯的斷裂伸長率變化不到1.13倍。相比之下，基于丙烯酸酯的Tango Black Plus在不到250小時的風化時間內脆化了0.03倍，斷裂伸長率從最初的119%降低了約 3% (圖2e)。作者用位移高達140%的應力-應變循環來量化材料的粘彈性行為。丙烯酸酯的滯后面積比硫醇烯的滯后面積大3至4.3倍(圖2f)。Tango Black Plus的面積為0.42 MPa，而軟硫醇烯的面積僅為0.087 MPa。軟硫醇烯和丙烯酸酯的動態機械分析表明，與兩種丙烯酸酯相比，軟硫醇烯的玻璃化轉變Tg區域要窄得多(圖2g)。軟硫醇烯的儲能模量變化在-35 °C至-18 °C之間顯著，而兩個丙烯酸酯樣品在更寬的范圍內(-30 °C至15 °C)顯示出儲能模量的顯著變化。

該研究中的多材料肌腱驅動手是一種功能齊全的印刷品，配有傳感器墊和氣動信號線(圖3a)。當指尖接觸所抓握的物體時，手可以感知接觸并開始抓握并停止手指運動。VCJ能夠打印長、柔軟、細的通道以及帶有薄膜的大空腔，從而使這些技能成為可能。該研究中仿生手中的19個可獨立驅動的肌腱設計有剛性的承重核心和柔軟的可彎曲外殼(圖3b)。作者將一組肌腱連接到伺服電機上以進行驅動。指尖配備了原位印刷傳感器墊，通過印刷流體信號線連接到壓力傳感器(圖3b)。當手接觸物體并且感測到的壓力超過閾值時，就會觸發伺服電機的控制動作。當物體接觸手指的傳感器墊時，通過信號線檢測到壓力的變化。一旦達到預定的壓力閾值，手指運動就會在達到完全卷曲之前停止(圖3c)。作者還驅動了手的各個手指，例如相對的拇指可以觸摸其他手指的指尖(圖3d)。這種傳感裝置允許手自主地抓取物體(圖3e)。

有些機器人在接觸環境時會移動并做出反應。然而，這些令人印象深刻的例子需要多種制造方法和復雜的手動組裝。去除支撐后，該研究打印的流體驅動步行機器人可以移動、抓取和感知(圖4a)。這些功能是通過打印機創建強大的氣密軟剛性接口和復雜的3D通道的能力而實現的。此外，材料的彈性和低阻尼使機器人能夠快速移動并易于控制。該研究直接打印的助行器具有六足結構，配有雙關節腿(圖4b)。六個支腿由兩組三支支腿提供壓縮空氣(圖4c)。上關節致動器有一根供電線，下關節致動器有一根供電線。此外，機器人還配備了一個夾具，其尖端嵌入了傳感器墊。夾持器的手臂可以利用其上、下執行器上下移動，并且夾持器可以抓取和舉起物體。夾具尖端的傳感器墊在建立接觸時提供抓握反饋(圖4e、i)，傳感器反饋通知控制器如何調整機器人的動作。步行者還能夠以(20/15) ° s^?1的速度轉動來改變其所面對的方向(圖4f)。該研究選擇的步態周期(圖4d，h)允許機器人以大約0.1(身體長度)s^?1或大約0.01 m s^?1的速度以穩定的方式移動(圖4g) 。此外，反轉步態周期會使機器人向后移動。

圖4. 3D打印后可工作的機車、傳感和抓取機器人

作者還打印了一個類似心臟的流體驅動泵(圖5a)。該泵具有驅動膜、單向閥和嵌入心室的內部傳感器腔(圖5b)。仿生泵的泵送周期由空氣流入和流出致動室來控制。驅動室壓力的循環變化使驅動膜反復變形，從而導致預期的液體流動(圖5c)。由于多材料3D打印機的快速原型制作能力，多材料閥門優化過程中的不同步驟得以實現(圖 5d)。作者測試了泵的流量、傳感器以及通過流體設置保留水的能力(圖 5e)。測量不同泵周期的流速，范圍從0 次min^?1到90次min^?1，導致流速高達2.3 l min^?1(圖 5f)。印刷傳感器測量與所需泵送頻率相匹配的壓力變化；因此，它們可以用于閉環控制設置(圖 5g)。

為了展示使用VCJ的材料化學和精細特征的超材料架構，作者打印了一系列桁架狀超材料(圖6a)。在這里，作者制造了一組3×3×3單元，其中包含幾何定向的鏈接(直徑為1.0 mm至2.5 mm)和節點(直徑為0.0 mm至4.5 mm)。改變軟鏈接和剛性節點的直徑(圖6b)改變了超材料在壓縮下的行為。由于打印機的高分辨率及其易于融化的支撐材料，該研究能夠以如此低的有效密度制造這些精致的結構。作者通過對不同樣品進行壓縮測試來研究超材料的行為變化(圖6c)，能夠通過改變鏈接和節點的直徑來調整壓縮下的行為。材料性能突然變化的量和開始主要受節點直徑的影響。對于一種配置，結構因壓縮而彎曲大于或等于17.5 mm(圖6d)。

圖6. 3D打印的多材料超材料結構，具有可調的剛度變化