不需模具！多材料3D列印突破軟體機器人製造瓶頸

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2026/02/26 不需模具！多材料3D列印突破軟體機器人製造瓶頸

在軟體機器人(Soft Robotics)領域，一直仰賴複雜模具和多步驟製程來實現可預測運動，不僅製作耗時，也限制了設計迭代與客製化能力。哈佛大學研究團隊提出一種多材料3D列印方法，在製造過程中直接嵌入驅動機制，讓柔性結構在列印完成後即可具備「內建可程式化運動」。

該研究發表於《Advanced Materials》，透過增材製造技術建立精密的內部氣道結構，使裝置在充氣後可產生受控彎曲與變形，免除傳統的組裝步驟，顯著縮短開發時間，並提升設計自由度與客製能力。

這項技術預期將加速手術機器人、穿戴式輔助裝置和柔性工業自動化系統的發展。

旋轉式多材料3D列印技術
該技術建立在哈佛Lewis實驗室先前開發的「旋轉式多材料3D列印(Rotational Multimaterial 3D Printing)」基礎上。此方法使用單一噴頭同時沉積多種材料，並透過列印系統旋轉與變換方向，在同一次列印中建立可調式材料分佈。

在最新研究中，團隊製作出具有聚氨酯(PU)外層、可溶性poloxamer聚合物內芯的複合線材結構。透過精準控制噴頭的幾何形狀、旋轉速度與材料流量，可高度精密地調整內部氣道尺寸和方向。

當外殼固化後，再透過清洗去除內芯材料，留下中空氣道。這些氣道在充氣後可產生定向彎曲，使裝置能夠抓取、伸展或收縮。

研究人員表示，透過旋轉控制，可直接編程機器人的彎曲方向，使動作控制更加精準。

不再需要模具的軟體機器人製造流程
傳統軟體機器人製造通常需要：

製作彈性體模具
嵌入氣壓通道
再以額外材料封裝

整個流程耗時且難以快速客製。

可完全移除模具的步驟是本研究最大突破。研究團隊直接列印出結構並即時嵌入氣道設計，使驅動功能成為結構本身的一部分。

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用於生產複雜軟體機器人材料的列印路徑規劃

為展示技術彈性，團隊列印出螺旋花瓣狀結構、具有五指關節的抓握裝置，這些裝置可在氣壓控制下產生類似手指關節的彎曲動作。

技術潛力與挑戰
儘管多材料3D列印為軟體機器人帶來重大突破，但仍面臨一些挑戰，包括：

材料耐久性與疲勞壽命
重複充氣下的長期穩定性
大型裝置量產時的一致性與品質控管
醫療應用的標準化與認證流程

在安全關鍵領域(如手術機器人)中，仍需進一步驗證可重複性與可靠性。

多材料3D列印：軟體機器人進入可編程時代
增材製造已解決傳統的組裝瓶頸，而多材料3D列印更進一步打破單一材料的限制，使設計師能在同一結構中整合：

不同剛性的區域
嵌入式驅動通道
漸變材料特性

這樣使軟體機器人不再只是「柔軟結構」，而是可精準設計動作邏輯的可程式化系統。隨著相關研究持續推進，多材料增材製造正逐步成為打造下一代智慧機器系統的核心技術。

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