新型樹脂讓3D打印“剛柔并濟”

美國得克薩斯大學奧斯汀分校研究人員開發出一種快速、精確的新型3D打印技術，利用一種新型樹脂，在同一物體中無縫融合柔軟與堅硬兩種性能區域。該方法通過控制不同顏色的光，觸發不同的化學反應，使材料在打印過程中自然過渡，如同骨骼與軟骨、關節與韌帶的連接結構。這一突破為開發下一代假肢、柔性醫療器械和可拉伸電子產品提供了新路徑。相關成果1日發表在《自然·材料》雜志上。

該技術靈感源于自然界剛柔并濟的結構，例如堅硬的骨骼被柔韌的軟骨包裹，且整體具備精妙的幾何特性。傳統制造中，柔軟與剛硬材料在接口處往往容易脫離。例如，跑鞋的橡膠鞋底常常會隨著不斷使用，與上方柔軟的網布脫膠分離，這是現實中典型的材料失效現象。

為解決這一問題，研究團隊設計了一種特殊液態樹脂，并配合雙光源打印系統：紫光區域固化為富有彈性的軟質材料，高能紫外光區域則變為堅硬的剛性結構。同時，他們在樹脂中引入一種具有雙重反應基團的分子，使兩種固化機制在材料交界處無縫連接，實現穩定牢固地結合，并可根據需要實現漸變過渡。

研究團隊用該技術打印出一個功能齊全的小型膝關節。該關節由靈活的韌帶和剛硬的骨骼組成，可順暢地協同運動。他們還制造了一個可伸縮電子設備原型，其中一根金線安裝在一條既能彎曲又能拉伸的帶子上，既保持柔軟又避免電路斷裂。

與以往的方法相比，該過程速度更快，分辨率更高。而且由于打印機設置相對簡單且價格實惠，該技術的可及性更廣。它可用于制作手術模型、可穿戴傳感器，甚至是軟體機器人原型，前景十分廣闊。