我学者制备出超强韧3D打印弹性材料

科技日报记者 江耘 通讯员 周炜 孔晓睿

4日，记者从浙江大学获悉，该校化学工程与生物工程学院谢涛教授、吴晶军研究员团队设计出一种新型光敏树脂，并用它通过3D打印做出能拉伸到自身长度9倍以上、凭借直径1毫米的“身躯”提起10公斤物件的“超级橡皮筋”。相关成果日前发表在国际学术期刊《自然》上。

“超级橡皮筋”拉伸前后对比图。左图为拉伸前，右图为拉伸后。科研团队供图

区别于层层打印的方式，光固化3D打印技术好比冲印照片，利用紫外线激光对光敏树脂固化，产品经过“曝光”从打印材料中“显影”出来，使打印过程更快，更接近工业级应用标准。然而，光固化3D打印的产品通常比较脆，容易断裂，主要被用于打印模型，不适用于对机械性能有较高要求的场景。

“要让3D打印技术能适应更多的场景，需要改变材料性能。”该论文第一作者、浙大杭州国际科创中心方子正研究员介绍，研究团队在打印阶段先关注材料的反应活性和流动性，满足材料成型的要求，在打印成型后再进行增韧处理。

方子正说，团队在已有的光敏树脂分子中加入动态受阻脲键、聚氨酯链段和羧基。在打印前体材料阶段，它们处于“潜伏”状态。打印成型后，成品会被转移到90摄氏度的“烤箱”中静置一会儿，材料的分子结构和性能会悄然变化。

据了解，研究人员用这类新型树脂打印出一根“橡皮筋”后对其进行耐力测试。实验显示，“橡皮筋”能被拉伸到自身长度的9倍，承受94兆帕的拉力也不绷断。此外，研究人员还用该材料制备出抗穿刺性能极佳的气球等物件。

吴晶军表示，这种光敏树脂材料的强度和韧性，远超现有的文献报道和商业化产品中的同类材料。这项研究进展为3D打印技术突破材料局限，大规模应用于高性能的产品制造带来了曙光。