供稿人：梁拓，高琳 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2021-12-08
近日，西蒙弗雷泽大学3D打印实验室的研究人员研究了一种折叠结构，目标是开发一种低成本的便携式呼吸机，其突破点就是3D打印的折纸管。为此目标，研究团队开发了一种可靠的采用机械可调 3D 折纸结构设计的主动安全气囊及通风控制系统。呼吸机中的呼吸机框架、3D 折纸管以及3D架构传感器的导电路径均采用了3D打印技术，由熔融长丝制造 (FFF) 3D 打印机完成打印。该研究成果发表在《Flexible and Printed Electronics》期刊。 基于 3D 折纸结构的主动安全气囊展示了可靠和可重构的特性。通过调整折纸结构的重复单元模式的角度参数，整个折纸结构的风量和刚度可以被定制，以提高作为主动安全气囊的性能，其压缩前后的体积比约为85%。
同时3D 折纸管在压缩力下的旋转行为允许安全气囊中的更多功能，例如结构化压力传感。折纸式安全气囊上带有电位测量机构的3D打印结构传感器允许准确监测呼吸机电路中压力传感器的测量气压。通过 3D 打印的可重构折纸管可以实现具有特定气流速率的目标风量的准确输送。
图1 设计的 Krisling 折纸模块及其机械行为
图2 使用 3D 折纸在轴向压缩下的旋转行为的架构传感器示意图
图3 机械呼吸机原型示意图(a)和呼吸回路接口(b)
最后，研究人员展示了组装完成后的呼吸机结构，使用可重构3D折纸安全气囊的机械呼吸机显示出较高的可靠性。此外还展示了3D打印技术作为“Prosumer”概念的优势，如果有3D打印机和最少数量的电子元件就可以在任何地方制造呼吸机。因此，所展示的呼吸机相对不受约束，以适应未来大流行的升级。