16/11/2023
Door Ad Spijkers
Met een nieuwe laserscantechnologie kunnen onderzoekers mensachtige structuren creëren voor zachte robotica.
Dankzij een nieuwe laserscantechnologie kunnen onderzoekers nu speciale kunststoffen met uitstekende elasticiteit 3D-printen. Dit betekent dat ze ook mensachtige structuren kunnen creëren – waardoor compleet nieuwe mogelijkheden voor zachte robotica worden geopend.
Polymeren voor 3D printen
Het aanbod aan materialen voor 3D-printen is aanzienlijk toegenomen. Aanvankelijk was de technologie beperkt tot snel uithardende kunststoffen, maar inmiddels kunnen ook langzaam uithardende kunststoffen worden gebruikt. Deze hebben betere elastische eigenschappen, zijn duurzamer en robuuster.
Het gebruik van dergelijke polymeren wordt mogelijk gemaakt door een nieuwe technologie van onderzoekers van de Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ), het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge (VS) en dienst spin-off Inkbit in Medford (aan de noordrand van Boston). Onderzoekers kunnen hiermee uit verschillende, hoogwaardige materialen complexe, veerkrachtigere robots in één stap 3D-printen. in één enkele pas. Bovendien kunnen zachte, elastische en stevige materialen gemakkelijk met elkaar gecombineerd worden. De onderzoekers kunnen de technologie ook gebruiken om onderdelen met holtes en delicate structuren te maken.
Naar oorspronkelijke staat
Met de nieuwe technologie konden onderzoekers van ETHZ in één keer een robothand printen met botten, ligamenten en pezen uit verschillende polymeren. Ze hadden deze hand niet kunnen produceren met de snel uithardende polyacrylaten die ze eerder gebruikten voor 3D-printenZe gebruiken nu langzaam uithardende thioleenpolymeren. Deze hebben goede elastische eigenschappen en keren na buigen sneller terug naar hun oorspronkelijke staat dan polyacrylaten. De thioleenpolymeren zijn daarom geschikt voor het produceren van de elastische delen van de robothand.
Bovendien kan de stijfheid van thiolen nauwkeurig worden aangepast, dus ook aan de eisen van zachte robots. De robots die de Zwitsers hebben ontwikkeld, hebben voordelen ten opzichte van conventionele robots van metaal. Omdat ze zacht zijn, wordt het risico op letsel verkleind als ze met mensen samenwerken. Ook zijn ze beter geschikt voor het hanteren van kwetsbare producten.
Scannen in plaats van schrapen
3D-printers produceren objecten doorgaans laag voor laag. Op elk punt brengen spuitmonden het gewenste materiaal in dikke vorm aan. Een UV-lamp hardt elke laag uit. Eerdere methoden werken met een apparaat dat oneffenheden na elke verhardingsstap wegschraapt. Dit werkt alleen met snel uithardende polyacrylaten. Langzaam uithardende polymeren zoals thiolenen en epoxiden zouden een schraper vervuilen.
Om ook langzaam uithardende polymeren te kunnen gebruiken, ontwikkelden de onderzoekers het 3D-printen verder. Een 3D-laserscanner controleert elke geprinte laag meteen op eventuele oneffenheden. Een terugkoppelmechanisme compenseert deze oneffenheden bij het printen van de volgende laag door in real-time de noodzakelijke aanpassingen aan de hoeveelheden te printen materiaal te berekenen. De nieuwe technologie werkt oneffenheden dus niet meer weg, maar houdt er rekening mee houdt bij het printen van de volgende laag.
Start-up Inkbit was verantwoordelijk voor de ontwikkeling van de nieuwe printtechnologie. De onderzoekers van ETHZ ontwikkelden verschillende robottoepassingen en hielpen de printtechnologie te optimaliseren voor het gebruik van de langzaam uithardende polymeren. In Zürich zullen de onderzoekers de technologie gebruiken om verdere mogelijkheden te verkennen, nog geavanceerdere structuren te ontwerpen en aanvullende toepassingen te ontwikkelen. Inkbit wil de nieuwe technologie gebruiken om klanten een 3D-printservice aan te bieden en om printers te verkopen.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: ETH Zürich / Thomas Buchner