引言
受章鱼、尺蠖等具有柔性特性的生命体的启发，柔性机器人的发展已逐渐进入一个新的阶段。
软体机器人是一种融合了本体、驱动、感知等多种功能的新型机电一体化机器人，在诸如血管介入手术、微创手术、辅助行走等、生物组织、水果水果等重要场合有着广阔的发展空间。
一、软质物料的三维印刷工艺熔体淀积成形是一种比较经济和使用范围比较广的3D打印技术，它是利用挤压机制，将金属丝不断地送入到喷嘴中，然后对其进行加热，然后把融化后的金属丝从喷嘴中挤出来进行淀积，然后进行冷却和凝固。
他将这些材料，一块块的堆积在一起，形成了一个立体的立体图案。柔性印刷丝易于实现可靠挤出和快速加热熔化-冷却固化，是实现柔性印刷丝在柔性机械臂中的有效运用的关键。
当前，比较成熟的 FDM软印刷网片以 Polyurethane （TPU）为主，如3D Stratasys （FDMTPU92 A）、美国 NinjatTeK (Ninjat Flex (85 A）等。在这些纤维中，尼贾特纤维是最好的，它比传统的 TPU纤维要软得多，能承载660%左右的变形。
澳大利亚伍伦贡大学 RAHIM等利用 TPU线材料研制出了一种具有柔性的、易碎的、形状不规则的类指状机器人。
然而，相对于柔软的硅胶， TPU的硬度要高很多，在变形和人机互动方面稍有欠缺。所以，必须对已有的 TPU丝进行造，或开发出更柔软的新丝。
在此基础上，将柔性材料如硅橡胶与 FDM工艺中常见的聚乳酸， ABS, TPU等进行复合，得到柔性可印刷的柔性丝。
直接油墨书写在三维印刷中，直接墨水印刷是目前最有弹性的一种技术。 DIW与 FDM都是以挤压成型为基础的三维印刷技术。
它的工作原理是在印刷头内预先装载了墨水原料，通过动力来源如：电筒或高压气体，带动活塞，将墨水从喷嘴中挤压出来，挤压出来的墨水经过硫化、相变、凝胶化、溶剂挥发等工艺，将其凝固成形，然后一层一层地叠加在一起，形成一个产品。
在直接注射成形工艺中，墨水物料的流变特性对挤压效果及模具成形的准确性起着重要作用。另外，注塑后的墨水凝固成形速率还影响着注塑模具的形状、形状等特征。
当前，采用 DIW工艺进行柔性机械臂印刷的主要原料有：硅橡胶、硅树脂和水凝胶等。而硅橡胶因其优异的机械特性而被广泛应用于制造柔性机器人。
要将硅橡胶作为 DIW的柔性机械臂应用于柔性机械臂，通常要求对商品化的硅橡胶进行表面修饰，使得其具有可印刷的流变特性。
常用的处理方法是在硅胶原料中加入如SiO2等的触变剂。由于硅橡胶和二氧化硅之间存在着一种弱的化学结合，所以在压力作用下，这种结合会被破坏，从而降低了墨汁的粘性，从而确保了墨汁的连续挤出。
压出后，胶合作用会重新形成，以确保压出后的油墨仍能维持原来的形态。尽管通过加入触变性物质，可获得可印刷的流变性，但由于其本身的引力，在印刷大型柔性机械臂的过程中，若不能得到快速的硬化，将会导致其形态改变。
所以，对硅胶墨水进行快速凝固的研究，是实现大面积零件印刷的重要环节。当前常用的方法是升温，使其凝固或改变为紫外线光凝。
美国俄勒冈大学 OSMAN等人通过在 DIW印刷机的两端增加一块热盘，在印刷过程中对印刷墨水进行实时升温，加快硅橡胶墨水的凝固速率，实现了一种柔性蠕动式印刷机。
瑞士苏黎世大学马纽尔等人，将硅胶墨水转化为感光物质，并在印刷过程中加入紫外光照，使其在一定时间内凝固，制造出一种类似于“大象鼻子”的机器。
在装备上，现有的商业喷墨打印大多是3D打印，如3D探索公司的 Regenhu、 Envision Tec等。
此类3D打印机价格昂贵，且颗粒体积较小，用于大型柔性机械臂的制作，需要经常更换颗粒，且存在连续打印的误差问题。
将来，开发出一种廉价的印刷品，或是将印刷品装配起来，对于推动 DIW技术在柔性机械臂生产中的运用，是非常关键的。
三、喷墨印刷喷墨印刷是一种以物质喷射为基础的3D印刷技术，它首先将原料（也称油墨）预先装载到打印头上，然后按照预定的路线将尚未凝固的液体或熔融物质连续地喷射到模塑平台上。
然后在紫外光照或加热-冷凝等条件下，将其凝固。反复这一步，以一层一层地堆叠出一个部件的模型。
和直墨一样，喷墨印刷也是由油墨的流变特性来控制的。当油墨的粘度较大时，印刷时就不能产生水珠，印刷就不能进行。
当油墨具有较强的惰性或表面张力时，其所形成的微粒极易发生散开或形成多个次要微粒，从而影响印刷精度。
多晶硅印刷技术是目前应用最多的一种。其中， Tangoplus系具有与硅胶相似的弹性，可用于3D打印柔性机器人。
得益于数千个水珠一起射出，这种喷墨印刷技术可以迅速而有效地将部件进行印刷。另外，与以油墨为基础的三维印刷相比，采用喷墨印刷更容易实现多介质三维印刷。
然而，该技术对墨水的流变特性提出了更高的要求，需要更多的墨水配制方式，以及更高的成本。
因此，如何提高喷墨印刷的效率，提高其在柔性机械加工中的使用效率，是目前国内外尚未解决的关键问题。
四、光固化模塑其中，光凝成形技术是应用最广泛的一种三维印刷技术。如图4 a中所示， UV根据预先设定的图形进行照明，以点和面的形式快速地对光敏原料进行硬化，在每一层硬化之后，将升降台降低来硬化下一层，通过层层硬化而得到部件的模型。
目前，在柔性3D打印技术中，硅胶（Silicon）是最常见的3D打印柔性机械臂（Silicon）。但是，单纯的硅橡胶不能通过光固化形成，需要对硅橡胶进行表面修饰，使其具有光敏性，是目前的一个热门课题。
光凝模塑工艺是一项很早就有的技术，其印刷装备也比较完善。常用的有 Formlabs的 Formalab Digital系列台式型 SLA打印机.但最近这段时间，研究者们对3D打印机进行了改进，提高了打印的效率。
相对于传统的激光成型技术（SLA, DLP）来说，这是一种全新的印刷技术。美国北卡罗来纳大学 JOHN et al在 DLP印刷技术的基础上，发展了一种用于Cross-Level Interface （CLIP）的印刷方法。
采用了氧气抑制光硬化的原理，在打印机的下方，放置了一种可以通光线（硬化）也可以通氧气（抑制硬化）的特殊薄层，它可以通过对氧气和 UV光的精准控制，使液态光敏树脂按照预先设定的零件模型进行固化，从而极大地提高了打印的效率。
加利福尼亚伯克利州立大学 KELLY et al.发展了一种基于体积的3D印刷方法。在原来的打印机基础上，使用旋转的打印平台，从而让光敏树脂可以接收到多方向。紫外光辐射，使原料在多个方位上凝固，因此大大加快了产品的印刷速率。
与硬质机器人相比，软体机器人尽管在柔韧性、人机交互性以及安全方面都表现出了优异的性能，然而目前的软体机器人由于缺少柔性传感器、控制器等部件，仅能进行简单的弯曲、爬行、跳跃等动作，仍存在诸多局限性。
在大自然中，动植物和人类是一种具有不同功能和结构的复合结构，但它们又是一个高度整合的有机体。
近年来，柔性机械臂由单纯的仿生机械臂逐步发展为具有智能-感知-执行功能的仿生机械臂。3D打印是制备具有类似于仿生结构的柔性仿生机器人的关键技术。
目前，柔性材料三维打印技术在精度上仍有较大的距离，对其材料、设备和机理等方面还有待深入研究。
为了达到亚微米级尺寸的加工要求，将静电纺丝机和3D印刷技术有机地融合在一起，是一种理想的加工方式。
结语在对熔融沉积成形、直接油墨书写、喷墨打印、光固化成形、选择性激光烧结等进行了详细的说明和分析。在此基础上，对多材料打印、4 D打印、嵌入式3D打印等新技术进行了理论和实验研究。
对软物质3D打印技术在软体机器人和柔性传感器等方面的典型应用实例进行了比较详尽的描述。面向仿生柔性仿生机构的应用前景，面向仿生柔性仿生机构的发展方向，开展高精密、高效率的3D打印研究。
参考资料
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