剛性還是彈性？借助3D打印改變屬性的塑料材料
導讀：近年來，許多大學研究項目一直在通過增材制造開發多功能材料。例如，在醫療領域，制造能夠再生器官或骨骼結構的織物以及設計先進的生物醫學設備非常重要。
2025年1月6日，普林斯頓大學的研究人員在工程學領域取得了新的進展，開發出一種基于熱塑性彈性體(TPE)的新型3D打印材料，能夠實現從柔軟到剛性的可調節特性。這項由Alice Fergerson和Emily Davidson領導的研究，不僅擴展了增材制造在醫療和生物醫學設備設計中的應用，還為其它行業提供了新的材料選擇。該研究團隊選擇的TPE是一種嵌段共聚物，它獨特的熔融成型和冷卻凝固特性，使得工程師能夠通過3D打印技術精確控制材料的物理屬性。這種材料由分散在彈性基質中的剛性納米級圓柱體組成，這些圓柱體在材料內部形成一種特殊的結構，從而在保持整體柔韌性的同時，實現局部的剛性。
具體來說，這種材料的剛性圓柱形結構厚度僅為5至7納米，與人類頭發直徑的1/18000和DNA螺旋直徑相當，這一尺度的精確控制賦予了材料前所未有的性能。通過調整3D打印過程中的打印速度和材料擠出，研究人員能夠實現圓柱體的納米級定向排列，從而創造出具有局部剛性區域和柔軟彈性區域的復合材料。
自我修復特性
這一工藝最有趣的方面在于塑料材料的熱退火以及自修復特性。Fergerson解釋說，熱退火顯著改善了打印后材料的性能。這一工藝使實驗室打印的物體可以重復使用多次，甚至在損壞時可以自我修復。為了證明這些自修復特性，研究人員切下了一個柔性的打印材料樣本，并通過退火對它進行修復。根據他們的觀察，修復后的材料與原件沒有明顯的區別。
研究團隊的成員Emily Davidson強調，目前市場上類似的材料不僅成本高，而且需要復雜的加工流程，例如受控擠壓和紫外線處理，每克成本大約為2.50美元（約合18元人民幣）。相比之下，本項目中使用的TPE每克成本僅為0.01美元（約合0.07元人民幣），且能夠通過商業級3D打印機進行打印，大大降低了成本，并為大規模應用提供了便利。
該研究的核心目標之一是開發出具有局部可調節機械性能的軟材料，同時采用經濟高效且易于擴展的工業方法。Davidson指出，這種方法在設計先進軟材料方面具有廣泛的應用潛力，包括軟機器人、醫療設備、假肢以及高性能定制鞋底等領域。
未來，研究團隊計劃進一步開發新的3D打印架構，以適應可穿戴電子產品和生物醫學設備等應用。
(責任編輯：admin)
增材制造頂刊：增材制造新
剛性還是彈性？通過3D打印
美國空軍研究實驗室《ACS 
豆包視覺理解模型比同行便
設備出貨量增長數倍！融速
nano3Dprint發布
3D Systems推出Ne
3D打印超高強納米
UCLA鄭小雨教授：
意大利研究者研發
Nature發表ZrO2-S
