论文信息

英文题目：Monolithic 3D Printing of Origami-Inspired Soft Robotics from Sustainable Bio-Based Resin

汉文题目：基于可连接生物基树脂的折纸软体机器东谈主一体化3D打印

作家单元：德国弗莱堡大学（微系统工程系NeptunLab、SoftLab，FIT弗莱堡互动材料与仿生本领不凡集群）

期刊：Advanced Science（IF 14.1中科院一区，JCR一区）

发表时代：2026年1月13日接收，在线发表

勾搭：https://doi.org/10.1002/advs.202507395

引文形态：Montazeri A， Sandmann S， Helmer D， et al. Monolithic 3D Printing of Origami-Inspired Soft Robotics from Sustainable Bio-Based Resin[J]. Advanced Science， 2026， e2507395.

01全文速览

软体机器东谈主这几年挺火，但有个问题全球可能没太扎眼：作念软体机器东谈主的材料，大部分照旧石油基的。硅胶、TPU这些东西，性能是好，可降解性嘛……基本莫得。另一个问题是制造神气，许多时候照旧模具浇注或者多步拼装，想作念复杂点的结构挺汉典。

弗莱堡大学这个责任有益思意思的所在在于，他们从源流上把这两个问题通盘惩办了。用大豆油（对，即是炒菜阿谁）开导了一种光敏树脂，通过DLP 3D打印本领，径直把一个折纸结构的软体夹爪一体打印出来。扫数夹爪是一个全体，不必拼装，莫得胶水。更要害的是，这个树脂90%的因素来自可再生原料，生物基碳含量73%。材料性能也够用：杨氏模量18.9 MPa，断裂伸长率19.6%，能扛2000次轮回测试。用它作念的夹爪，能抓覆盆子、果冻、打针器，还能在水下责任。

中枢亮点：

-真·可连接：73%生物基碳含量，原料来自得豆油和半纤维素

-一体成型：DLP打印，无需拼装，莫得泄漏风险

-折纸驱动：Kresling结构，靠折叠变形而不是材料拉伸

-够耐用：2000次轮回测试无损坏

-挺实用：能抓软东西（覆盆子），也能下水

02商榷推行

🧪材料开导：从大豆油到光敏树脂

商榷团队的开首很径直：能不可用大豆油作念出能3D打印的光敏树脂？

他们选的主体是丙烯酸化环氧大豆油（AESO）——这东西底本即是工业上用的生物基原料，低廉、可得性好、有双键不错改性。但有个问题：AESO粘度太高，径直没法用DLP打印。是以他们加了四氢糠基甲基丙烯酸酯（THFMA）手脚活性稀释剂，这东西来自半纤维素，亦然生物基的。

图1用于光指挥3D打印的生物基树脂的物理化学、机械、微不雅和热表征。a)不同温度下的剪切速度依赖性粘度，从20°C时的4377 mPa·s降至50°C时的492 mPa·s，远低于DLP树脂的10 Pa·s阈值，并可收场环境温度3D打印。b)通过DLP制造的立方晶格测试结构的扫描电子显微镜(SEM)成像，展示了尺寸小至大致90 µm（比例尺：500 µm）的微圭表特征的见效3D打印。c)垂直打印的ISO 527-2 5B型样品的应力-应变反映，泄露线弹性，无塑性变形；杨氏模量、极限拉伸强度和断裂应变分歧为18.9±0.5、2.4±0.1和19.6±0.3%。d)固化薄膜(60–200 µm)的紫外可见光透射率在550 nm处阐扬出 >97%的透明度，并具有细小的厚度依赖性衰减。e)在水中庸某些溶剂中24小时后的溶胀行为，标明在水中的接管不错忽略不计，在极性醇和DMSO (10–15 wt.%)中截止溶胀，在PGMEA (约30 wt.%)中显著溶胀和开裂，在丙酮中崩解。f) 3D打印样品的热重分析(TGA)泄表露典型的交联收集的均匀、单阶段降解弧线，肇始降解温度(T5)为321°C，最大瓦解速度为393°C，500°C时的炭产率为

图1a泄露，优化后的树脂在室温下粘度约4.4 Pa·s，远低于DLP打印平凡条件的10 Pa·s上限。加热到50°C时粘度降到0.5 Pa·s以下，但实考据明室温打印十足没问题。

配方里还加了交联剂（Genomer 4230）、紫外接管剂（Tinuvin 326）和光激励剂（TPO）。最终比例是：AESO 75%，THFMA 15%，Genomer 4230 9.5%，Tinuvin 0.5%，TPO 0.5%。筹备下来，生物基碳含量73%——这个数字是用碳-14方法测的，靠谱。

打印分辨率方面，他们用这个树脂打了个晶格结构，SEM图像（图1b）泄露最小特征尺寸能作念到90微米傍边，省略是打印机像素分辨率的2倍。关于软体机器东谈主来说，这个精度充足作念出很细的折纸折痕了。

📊材料性能：够用就行

材料力学性能用垂直打印的ISO 527-2 5B型样条测试（图1c）。效果：杨氏模量18.9 MPa，拉伸强度2.4 MPa，断裂伸长率19.6%。

这个数字跟硅胶比详情不算高（硅胶常常能拉到200-300%），但团队的想象想路在这里起了要害作用：他们不是靠材料拉伸来变形，而是靠折纸结构的折叠。19.6%的伸长率对Kresling折纸来说，作念真空驱动充足了。

其他几个主张也值得提一下：

-光学透明度：550 nm波长透过率 >97%（图1d），这对集成光学传感器有克己

-化学领略性：在水里泡24小时简直不溶胀，酒精和DMSO里细小溶胀（10-15%），但丙酮里会碎掉（图1e）

-热领略性：热重分析泄露5%失重温度321°C（图1f），软体机器东谈主用十足不必追究

🧩折纸想象：为什么是Kresling？

图2基于Kresling的折纸致动器的想象和拼装：(a)运转六边形几何体式、旋转角度(β)和高度(h)的界说。(b)主要三角形面（F1和F2）的造成。(c)通过在对称平面上镜像面来创建极度单元以赔偿旋转扭矩。(d)造成闭塞结构的圆形和线性枚举经过的主张化。(e)枚举后获得的折纸图案。(f)瓦解图泄露添加顶盖和底盖以创建具有单个压力端口的密封室。(g)最终的全体践诺器想象。(h)将践诺器与柔性夹持机构集成以创建最终的软夹持器。

图1把想象想路讲得很明晰。他们选的Kresling折纸，特质是从一个六边形出手，绕轴旋转一定角度（β）再朝上延长高度（h），造成一系列三角形面。把这些面阵列起来，就获得一个闭塞的管状结构（图2e）。凹凸加两个盖子，留一个气嘴，即是一个竣工的真空驱动单元（图2g）。

为什么是Kresling而不是Miura或者Yoshimura？著作里给了事理：Miura-ori相宜平面变换，作念密封腔体忙绿；Yoshimura容易发生全体屈曲而不是受控折叠。Kresling的上风是自然造成闭塞管状，变形模式可预测，leyu体育相宜作念线性收缩驱动器。

终末把两个Kresling单元镜像组合，再加上一个剪刀式夹爪机构，就成了最终的夹爪想象（图2h）。

🔧驱动器性能：2000次轮回没问题

图3a是测试安装暗意图。给负压时，Kresling结构轴向收缩。图3b是压力和位移随时代的变化弧线，不错看出几个阶段：阀门掀开、压力领略、阀门关闭。

图3折纸致动器的机械本性。(a)用于压力-位移表征的践诺器开导暗意图。(b)践诺器位移和里面压力手脚时代的函数，越过泄露阀门掀开（红色）、阀门掀开（黄色）和阀门关闭（蓝色）的周期。(c)从(b)中的代表点导出的压力-位移磁滞回线，证据了能量耗散。(d)践诺器70小时以上的长久轮回压缩磨练。(e) (d)中运转轮回的放大视图，泄露测试前30分钟内机械反映的领略性。

有益思意思的是图3c，压力-位移弧线有显著的拖拉环——这来自团员物自己的粘弹性和空气泄漏。泄漏问题在负压逾越-100 mbar时变得显著（图3b里38-46秒那段），原因是打印经过中可能产生的层间微缝隙。但好音问是，在平常责任规模内（夹爪需要的变形量），泄漏率很低（约0.25 mbar/s）。

疲顿测试作念了2000个轮回，连接70多个小时（图3d）。前30分钟反映会有少量变化（图3e），之后就很领略了，直到测试收尾齐没坏。失效模式分析泄露，如若逾越30%的变形，折痕处会先出现微裂纹，然后逐渐扩展（图S6）。

🤏夹爪演示：从覆盆子到水下

图4是扫数责任的亮点展示。图4a是力测试安装，图4b给出了一个竣工抓取轮回的力和压力弧线：接近→宣战（约0.22 N）→抽负压（-400 mbar）→抓力增多到约0.19 N→开释。

图4夹具性能和讲究的物体足下。(a)折纸夹具与剪刀结构和测力传感器集成的暗意图。(b)力测试时代夹具操作的法律证据，泄露接近、宣战、施力（压力减小）和开释（压力增多）的情景，与随时代测量的压力和力相关。(c)未驱动情景（左）和最大驱动情景（右）的夹具建树相比，标明底座位移和闭口缝隙减小。(d)视频S1中的延时图像和相应的压力分散图，展示了夹具讲究地抓取、挪动和开释覆盆子的智商。

Movie S1：抓取覆盆子

信得过展示水平的是图4d（对应Movie S1）：夹爪抓一颗4克的覆盆子，轻轻拿起来，挪动，再放且归。全程没把果肉执烂——软体机器东谈主的中枢上风就在这里，被迫安妥性让它不错安全操作脆弱物体。

Movie S2：抓果冻糖

Movie S3：抓塑料打针器

著作还作念了其他演示（图S7，Movie S2-S3）：抓果冻糖（4.3 g）、抓塑料打针器（4.0 g），以及水下抓取。水下阿谁证据扫数气腔密封性如实不错，而且材料在水里不溶胀，能平常责任。

03翻新点

①生物基树脂的实用化配方

之前也不是没东谈主作念生物基光敏树脂，但时时卡在力学性能上——要么太脆，要么粘度太高没法打。这个责任把AESO、THFMA、Genomer 4230三个因素的比例调得相比均衡，既保证了可打印性（室温粘度4.4 Pa·s），又让材料有了软体机器东谈主需要的基本力学性能（18.9 MPa模量，19.6%伸长率）。73%的生物基碳含量也经得起筹商。

②折纸结构对材料条件的降维打击

如若这个夹爪是PneuNet那种靠材料蔓延变形的想象，19.6%的伸长率详情不够用。但Kresling折纸的逻辑是：几何折叠主导变形，材料拉伸仅仅赞助。这就让许多伸长率不高但更可连接的材料有了用武之地。这个想路值得推行——与其死磕材料性能，不如在结构想象上作念著作。

③信得过的一体化打印

许多所谓的“3D打印软体机器东谈主”其实仅仅打印了零件，还到手工拼装、涂胶水密封。这个责任从想象上就把扫数夹爪（包括气腔、折痕、剪刀机构）作念成一个可打印的全体，打印完洗掉未固化树脂就能用。不仅省事，更首要的是密封可靠性大幅擢升——手工拼装漏气是常态，一体打印惟有参数调对，泄漏主要来自层间微缝隙，问题可控。

④2000次轮回的持久性考据

软体机器东谈主规模太多论文停留在“能动的演示”阶段，持久性数据很少。这个责任实打实地跑了70多个小时、2000个轮回，况且纪录了失效模式。这给后续想用这个材料的东谈主提供了可靠的想象参考：变形量限定在什么规模能长久用，折痕处要扎眼什么。

⑤多场景功能考据

覆盆子、果冻、打针器、水下——这几个实验诚然粗陋，但遮蔽了不同的需求：脆性物体、粘弹性物体、刚性物体、湿气环境。证据这个材料+这个想象如实有后劲用在真的场景，不是只可在实验室饰演。

04回来与预测

这个责任给东谈主最大的启发可能是：软体机器东谈主的可连接发展，不一定要靠新材料从天而下，也不错靠结构想象把现存材料的后劲阐述出来。19.6%的伸长率，放在十年前可能径直被排斥在软体机器东谈主候选名单除外，但配上Kresling折纸，就能作念出颖慧活的东西。这种想路在软体机器东谈主还在快速发展的阶段，尤其值得讲理。

另外，DLP一体打印的熟谙度也曾不错作念出带复杂里面腔体、薄壁结构、可动部件的软体机器东谈主，而且尺寸能作念到几厘米级别。这对快速迭代、小批量定制来说是个好音问。

往时商榷将聚焦于以下几个标的：

🔸袖珍化：90微米的分辨率也曾能作念不少事，但表面上DLP不错作念到更高。把这个想象减轻到毫米圭表，用在微操作或医疗规模，是有可能的。

🔸多材料打印：现时的夹爪是单一材料，如若能在并吞个打印经过中同期使用不同模量的材料（比如刚性骨架+柔性搭钮），想象空间会大许多。也曾有商榷在作念多材料DLP，但生物基体系还需要考据。

🔸泄漏问题进一步优化：诚然现时的泄漏率在责任规模内不错接纳，但长久领略性仍有擢起飞间。优化打印参数（比如折痕处的曝光时代）或后处理工艺（比如涂一层很薄的密封层）可能灵验。

🔸更多折纸拓扑：Kresling相宜线性收缩，但别的折纸拓扑（比如Waterbomb）不错产生不同的变形模式（迂曲、扭转）。把这些几何用生物基材料打印出来，能扩展行使场景。

🔸闭环限定：现时的演示是开环的，加上压力传感器或光学传感器（材料透明度高，肤浅集成），不错收场力控或位置控，抓取会更可靠。

🔸降解性商榷：生物基不等于可降解。大豆油基的团员物在当然环境中多久能瓦解，瓦解家具有莫得毒性，这些问题还没回复。如若要走向环境监测或一次性医疗行使，降解数据是必需的。

从大豆油到折纸夹爪，这条路走得通。下一步是看能不可走得更远。