2026年2月2日，由英国诺丁汉特伦特大学（Nottingham
TrentUniversity）、香港中文大学（The Chinese University of Hong
Kong）与英国曼彻斯特大学（University of Manchester）联合开展的一项研究提出了一种基于多轴机器人辅助的嵌入式硅胶打印（ESP）系统，为硅胶 3D 打印自由体积结构提供了新的技术思路与实践路径。
这项研究以题为 “Robot-assisted multi-axis embeddedsilicone printing for free-form volumetric models” 的论文发表在期刊上。
与FRESH、NOSE、SLAM和RLP类似，硅胶3D打印工艺也使用挤出机将材料挤出到支撑凝胶中。通过使用六轴机械臂，研究团队可以创建全新的挤出路径，并获得几何精度更高、结构更优的几何体。例如，这对于有机结构和能够贴合人体结构的成型至关重要。他们希望通过新的切片技术和“边界贴合交错挤出路径算法”获得更好的结果。通过根据局部零件几何形状调整挤出路径的宽度，并进行重叠，他们希望通过控制局部挤出量来实现更贴合的形状和更好的表面质量。这有点像是将输入成型技术与 FRESH 相结合。
△多轴嵌入式硅胶打印 (ESP) 系统，用于通过机器人辅助空间材料沉积在凝胶状支撑基质中制造自由曲面体积硅胶模型。
△基于场的曲面切片方法流程图。
△不同扫描路径生成策略下打印的实心立方体的结果
△多轴ESP 的物理实验装置，其中使用 6 自由度机器人手臂提供空间材料挤出，并沿挤出机同步运动
交错式3D打印，通过反向打印层并配合不同的挤出速度和悬垂结构，可以制造出表面质量好、附着力强的部件。考虑到层高、层宽和几何形状，可以实现更精确的挤出。这与Bambu公司在相机和传感器方面所做的工作类似。但是，在注射器挤出、直接墨水书写或类似这样的系统中，确定合适的挤出量、速度和压力则更加复杂。
研究团队表示，通过更好地调节这些因素，他们获得了更好的结果。在这种情况下，他们的计算更加复杂，因为挤出材料的横截面形状会根据速度从椭圆形变为圆形。当然，喷嘴的不断运动以及在各种不同位置进行打印也会产生影响。通过更好地控制油墨沉积量，他们能够进一步提高效果。
在本案例中，团队使用卡波姆（Carbopol）材料进行3D打印，这是路博润公司（Lubrizol）生产的一种聚合物材料，属于交联聚丙烯酸酯类，是卡波姆聚合物家族的一员。卡波姆广泛用作乳化剂、增稠剂、分散剂和稳定剂，应用于保湿霜、药品、发胶、洗发水、牙膏、眼药水、防晒霜等众多产品中。你每天使用的很多产品，例如Purell、CeraVe、凡士林等等，都含有卡波姆，其中卡波姆是最常见的。
所使用的机械臂是广受欢迎的UniversalRobots UR5e，最大有效载荷为5公斤，臂展为850毫米，成本约为38,000美元。运动控制和输入控制均使用RoboDK软件。制造材料主要来自Smooth
On、Ecoflex 0030、Dragon Skin 10和Mold Star
30。表面误差率低于1%；尺寸精度在±0.49毫米至±0.20毫米之间；且打印孔隙极少。
随后，研究团队制作了软体机器人组件、医疗模型和可穿戴设备来测试新方法，并研究了如何通过调整和工艺改进来提升打印效果。这项工作有望推动更大规模的硅胶3D打印，尤其是在打印保形部件方面。在矫形器、植入物衬垫和脊柱侧弯支具等医用器械领域，这项技术将带来真正的变革。特别是对于像脊柱侧弯支具这样大型、柔软且可移动的结构，这款打印机能够打印出合适的形状，包括变形形状，这有望为用户提供更好的产品。许多医疗器械以及体育用品都可以通过可靠的、更大尺寸的硅胶挤出方法得到改进。
总体来看，这项研究不仅在硅胶 3D 打印的自由体积构建方面取得了显著技术进展，也为柔性材料在高精度制造领域的工业化应用提供了新的可能。这一跨学科合作成果代表了当前增材制造技术在柔性材料及医疗等高价值领域的最新探索方向，其潜在的商业和社会价值值得业界持续关注和深入推进。
来源：南极熊
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