科技日報記者 張佳欣
美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校研究人員開發(fā)出一種快速、精確的新型3D打印技術(shù)，利用一種新型樹脂，在同一物體中無縫融合柔軟與堅硬兩種性能區(qū)域。該方法通過控制不同顏色的光，觸發(fā)不同的化學(xué)反應(yīng)，使材料在打印過程中自然過渡，如同骨骼與軟骨、關(guān)節(jié)與韌帶的連接結(jié)構(gòu)。這一突破為開發(fā)下一代假肢、柔性醫(yī)療器械和可拉伸電子產(chǎn)品提供了新路徑。相關(guān)成果1日發(fā)表在《自然·材料》雜志上。
該技術(shù)靈感源于自然界剛?cè)岵慕Y(jié)構(gòu)，例如堅硬的骨骼被柔韌的軟骨包裹，且整體具備精妙的幾何特性。傳統(tǒng)制造中，柔軟與剛硬材料在接口處往往容易脫離。例如，跑鞋的橡膠鞋底常常會隨著不斷使用，與上方柔軟的網(wǎng)布脫膠分離，這是現(xiàn)實中典型的材料失效現(xiàn)象。
為解決這一問題，研究團(tuán)隊設(shè)計了一種特殊液態(tài)樹脂，并配合雙光源打印系統(tǒng)：紫光區(qū)域固化為富有彈性的軟質(zhì)材料，高能紫外光區(qū)域則變?yōu)閳杂驳膭傂越Y(jié)構(gòu)。同時，他們在樹脂中引入一種具有雙重反應(yīng)基團(tuán)的分子，使兩種固化機制在材料交界處無縫連接，實現(xiàn)穩(wěn)定牢固地結(jié)合，并可根據(jù)需要實現(xiàn)漸變過渡。
研究團(tuán)隊用該技術(shù)打印出一個功能齊全的小型膝關(guān)節(jié)。該關(guān)節(jié)由靈活的韌帶和剛硬的骨骼組成，可順暢地協(xié)同運動。他們還制造了一個可伸縮電子設(shè)備原型，其中一根金線安裝在一條既能彎曲又能拉伸的帶子上，既保持柔軟又避免電路斷裂。
與以往的方法相比，該過程速度更快，分辨率更高。而且由于打印機設(shè)置相對簡單且價格實惠，該技術(shù)的可及性更廣。它可用于制作手術(shù)模型、可穿戴傳感器，甚至是軟體機器人原型，前景十分廣闊。
