克兰菲尔德大学的研究人员使用一台定制 3D 打印机，生产出机械性能落在商用产品范围内的天然橡胶乳胶手套。这项工作被作者称为首款高性能 3D 打印乳胶手套。这台打印机名为 3D-PEP（弹性体产品 3D 打印机），工作原理是将预硫化乳胶从喷嘴喷涂到加热的陶瓷手模上 —— 与传统制造使用的模具相同。3.5 巴的压缩空气将乳胶雾化，并在其接触表面前部分蒸发水分。模具内部加热至 50°C，可在沉积过程中加速干燥。橡胶薄膜干燥后，自动化机构将手套从模具上剥离。整个过程由手动编写的 G 代码控制。
传统浸渍工艺：高产但控制有限
主导手套制造的传统浸渍工艺产能极为可观。浸渍线占用 1,430 m³ 至 2,420 m³ 的工厂空间，每天可生产 13 万至 25 万只手套。但它对材料在模具上的落点位置控制有限。垂直浸渍的手套往往袖口处较薄、指尖处较厚，因为重力会将多余的乳胶向下拉。更换配方或切换产品类型则需要大量停机时间。
机械性能对标商用产品
克兰菲尔德团队打印了四只不同目标厚度的手套试样，平均厚度从 0.093 mm 到 0.246 mm 不等，并与商用外科手套（0.193 mm）和检查手套（0.115 mm）进行了对标。最薄的 3D 打印样品标准差为 0.0258 mm，仅略高于商用检查手套的 0.0187 mm。较厚的打印件表现出更大的变异，作者将其归因于部分优化的 G 代码中层间累积的不规则性。对每组六只试样进行的拉伸测试显示，3D 打印手套的拉伸强度达到 19.2 MPa，而检查手套为 22.7 MPa，外科手套为 25.9 MPa。最大应变为 767%，介于检查手套（707.6%）和外科手套（782.7%）两个基准之间。变异度高于商用样品，且所用乳胶是现成配方，并未针对该工艺或这台机器进行优化。
3D 打印手套与商用手套对比。(a) 3D 打印手套。(b) 商用外科手套。(c) 3D 打印手套（左）与商用外科手套（右）薄膜表面光洁度对比。图片来自 Peláez-Álvarez 等人，Scientific Reports。
预计产量仍低于浸渍线
产量差距是局限最明显的地方。一台 3D-PEP 设备每天大约可生产 1,008 只外科手套或 1,752 只检查手套，比传统浸渍线少约两个数量级。不过，由于该打印机仅占用 1.2 m³ 空间，其单位体积产量约高出 10 倍，这为去中心化、小占地面积的制造开辟了一条理论路径。这些数字是作者对近期原型机的预测，并非当前机器的实测数据。论文未涉及几个值得注意的方面：没有监管认证数据，没有单只手套成本分析，也没有对 3D 打印样品与商用样品进行正式的统计比较。样本量较小。多功能手套的概念 —— 例如嵌入辐射屏蔽材料用于外科场景 —— 被作为未来可能性讨论，但尚未得到验证。
需求激增与去中心化生产的价值
全球一次性手套市场在 2020 年估值 102 亿美元，其中 78% 来自医疗领域。作者引用的英国 NHS England 数据显示，疫情期间月均手套交付量约增长至三倍，从 2019 年的 1.5 亿只增至 2021 年 12 月左右的 5.08 亿只。作者认为，这种需求激增凸显了可在终端用户附近部署的去中心化生产的重要性。
此前已有先例：NHS 防护面罩
3D 打印 NHS 一次性医疗产品的想法此前已得到验证，尽管处于不同的制造约束之下。2020 年，英国Photocentric 公司赢得了一份政府合同，为 NHS 3D 打印超过 760 万件防护装备部件。Photocentric 使用成熟的光固化树脂和大幅面打印机批量生产部件，在超过 30 台打印机的机群中实现每台打印机每小时 135 个防护面罩部件的产能。
而克兰菲尔德的工艺则是通过向曲面手模喷涂沉积形成薄乳胶薄膜，所用天然橡胶乳胶配方并未针对该工艺或机器进行优化。与防护面罩不同，手套必须满足针对病毒和细菌的阻隔性能标准 —— 这是克兰菲尔德论文尚未验证的要求。这项题为 "3D-PEP：高性能 3D 打印乳胶手套" 的研究由 Eva Peláez-Álvarez 和 Krzysztof K. Koziol 完成。
来源：中国3D打印网编译文章！
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