新型树脂让3D打印“刚柔并济”

美国得克萨斯大学奥斯汀分校研究人员开发出一种快速、精确的新型3D打印技术，利用一种新型树脂，在同一物体中无缝融合柔软与坚硬两种性能区域。该方法通过控制不同颜色的光，触发不同的化学反应，使材料在打印过程中自然过渡，如同骨骼与软骨、关节与韧带的连接结构。这一突破为开发下一代假肢、柔性医疗器械和可拉伸电子产品提供了新路径。相关成果1日发表在《自然·材料》杂志上。

该技术灵感源于自然界刚柔并济的结构，例如坚硬的骨骼被柔韧的软骨包裹，且整体具备精妙的几何特性。传统制造中，柔软与刚硬材料在接口处往往容易脱离。例如，跑鞋的橡胶鞋底常常会随着不断使用，与上方柔软的网布脱胶分离，这是现实中典型的材料失效现象。

为解决这一问题，研究团队设计了一种特殊液态树脂，并配合双光源打印系统：紫光区域固化为富有弹性的软质材料，高能紫外光区域则变为坚硬的刚性结构。同时，他们在树脂中引入一种具有双重反应基团的分子，使两种固化机制在材料交界处无缝连接，实现稳定牢固地结合，并可根据需要实现渐变过渡。

研究团队用该技术打印出一个功能齐全的小型膝关节。该关节由灵活的韧带和刚硬的骨骼组成，可顺畅地协同运动。他们还制造了一个可伸缩电子设备原型，其中一根金线安装在一条既能弯曲又能拉伸的带子上，既保持柔软又避免电路断裂。

与以往的方法相比，该过程速度更快，分辨率更高。而且由于打印机设置相对简单且价格实惠，该技术的可及性更广。它可用于制作手术模型、可穿戴传感器，甚至是软体机器人原型，前景十分广阔。