瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的工程师团队近期取得重大突破,成功研发出一种基于弹性聚合物(elastómeros)的新型3D打印墨水。这项技术能够制造出无需机械接缝的3D物体,且材料属性可在打印过程中动态变化,彻底改变了传统3D打印在软体材料领域的局限性。
3D打印技术广泛应用于机器人学和航空航天领域,其核心在于通过逐层沉积材料来构建三维物体。弹性体因其性能跨度大——从刚性到高度弹性——成为该领域的热门材料。然而,长期以来,制造出能在三维尺度上实现从柔性到刚性结构转变的弹性体结构一直被视为不可能完成的任务。EPFL软物质实验室负责人Esther Amstad指出,传统弹性体通常被模制成固定形态,无法在短距离尺度上实现三维属性的动态调整。
为攻克这一难题,Amstad团队开发了一种名为DNGE(双网络可打印弹性体)的新型材料。其核心创新在于独特的双重网络结构:首先,利用油包水乳液中的弹性体微颗粒形成第一层网络,赋予墨水可打印性;随后,在材料吸收过程中形成第二层网络,从而赋予物体刚性。这种结构使得材料能够以前所未有的方式调节其机械性能。
为了验证这一技术的潜力,研究人员利用DNGE墨水打印出了一个仿生手指原型。该原型拥有由柔性“肌肉”包裹的刚性“骨骼”,能够按照预设轨迹进行变形,展示了极高的可控性。相关研究成果已发表于材料学**期刊《Advanced Materials》。与近期研究中常用的水凝胶不同,DNGE弹性体不含水分,显著提升了打印结构的长期稳定性和耐久性。
更为关键的是,这种新型墨水兼容市面上现有的商用3D打印机,无需昂贵的专用设备即可实现生产,极大地降低了技术落地门槛。未来,该技术有望在辅助康复设备、假肢制造以及手术运动引导装置等领域发挥巨大作用,帮助运动功能受损的患者恢复部分或全部行动能力,甚至辅助外科医生进行更精准的手术操作。
对于中国制造业而言,这一突破标志着软体机器人和生物医疗打印材料正从实验室走向实用化,国内企业应密切关注此类无接缝、可变形材料的商业化进程,以抢占下一代智能医疗与柔性制造的市场先机。