中国3D打印机网德克萨斯大学研究人员开发出用于混合材料物体的光控3D打印技术
2025年7月2日，德克萨斯大学奥斯汀分校（UT
Austin）的研究人员开发了一种3D打印方法，可以复制自然界中软硬材料的结合，例如软骨包裹的骨骼。该方法利用不同颜色的光在柔性和刚性之间切换，从而能够在一次打印中制造多材料物体。据称，这种新方法有望推动假肢、医疗器械、可拉伸电子产品和软体机器人等广泛应用。相关研究以题为“Hybrid epoxy–acrylate resins for wavelength-selective multimaterial 3D printing”的论文发表在《自然材料》杂志上。
德克萨斯大学奥斯汀分校化学助理教授、论文的通讯作者扎克·佩奇说道：“真正激励我和我的研究团队的是研究自然界的材料。大自然以一种有机的方式实现了这一点，将硬质和软质材料结合在一起，而不会在界面处发生破坏。我们想要复制这种现象。”
项目得到了美国国防部、国家科学基金会和罗伯特·A·韦尔奇基金会的支持，并获得了美国能源部和科学促进研究公司的额外基础资金。
双光 3D 打印：工作原理
新的光固化工艺涉及一种定制配方的液态树脂和一套双光系统。当暴露在紫光下时，树脂会固化成柔软的橡胶状材料。在紫外光 (UV) 下，它会硬化成硬质塑料。这使得同一打印物体的不同区域能够展现出截然不同的机械性能，同时保持结构连接。
佩奇说：“我们构建了一个同时具有两种反应基团的分子，这样我们的两种凝固反应就可以在界面处‘相互交流’。“这使得软硬部分之间的连接更加牢固，如果我们愿意，还可以实现渐进式过渡。”
△混合材质物体。图片来自德克萨斯大学奥斯汀分校。
功能演示
为了测试新方法，研究团队打印了一个小型的、功能齐全的人体膝关节模型，包含了刚性和柔性部件，它们可以一起移动而无需分离。他们还制作了一个可拉伸电子电路的原型，电路由一根安装在条带上的金线组成，金线条带可以在某些区域弯曲和拉伸，而在其他区域保持刚性以保护电路。
佩奇说道：“说实话，最让我惊讶的是它第一次尝试就表现出色。这在3D打印树脂中几乎从未发生过。我们也对它们性能的差异感到震惊。柔软的部分像橡皮筋一样拉伸，然后反弹。而坚硬的部分则像消费品中使用的塑料一样坚固。”
这套装置设计相对简单、快速且成本低廉，有望在学术研究、医疗原型设计和其他领域实现更广泛的应用。佩奇说道：“它可以用于制作手术模型、可穿戴传感器甚至软体机器人的原型，这方面潜力巨大。”
基于光的3D打印策略
德克萨斯大学奥斯汀分校的技术是利用基于光的策略来增强材料控制并提高增材制造打印精度的一个例子。例如，麻省理工学院的研究人员最近开发了一种3D打印方法，使用了一种新型光敏树脂：能够根据所照射的光线类型形成耐用的结构和可溶解的支撑物。紫外线
(UV)
会使树脂硬化成坚固的永久形状，而可见光则会产生较弱的支撑物，可溶解于特定溶剂中。这种新方法无需切割或锉削等手动后处理，从而加快了生产速度并最大限度地减少了浪费。
△可溶解的支持物。图片来自麻省理工学院。
2020年，德克萨斯大学奥斯汀分校的一个研究团队开发了一种光聚合物树脂，旨在加速可见光的高分辨率固化。这种全色材料可在四种波长（紫色、蓝色、绿色和红色）下固化，由单体、光氧化还原催化剂、两种共引发剂和遮光剂组成。研究人员指出，这种树脂可以与包括生物化合物在内的各种添加剂结合使用，从而应用于组织工程和医疗器械制造。
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