近日，普林斯頓大學(xué)的一組工程師在3D打印技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，他們開發(fā)出了一種新型的軟塑料材料，這種材料不僅具備高度的可定制性和成本效益，還兼具出色的彈性和柔韌性，更重要的是，它還能夠被有效地回收和再利用。這一成果在《Advanced Functional Materials》期刊上發(fā)表，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。
這項(xiàng)技術(shù)的核心在于使用了熱塑性彈性體作為打印材料。工程師們通過精細(xì)的打印路徑控制，實(shí)現(xiàn)了材料在特定方向上的硬度調(diào)節(jié)，使其在某些區(qū)域保持堅(jiān)硬，而在其他區(qū)域則能夠靈活彎曲。這種獨(dú)特的性能使得該材料在軟性機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、假肢等多個(gè)領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。
該材料的微觀結(jié)構(gòu)是其性能優(yōu)越的關(guān)鍵所在。研究團(tuán)隊(duì)采用了嵌段共聚物，其中包含了直徑僅為5-7納米的剛性圓柱體，這些圓柱體被嵌入到柔性基質(zhì)中。通過3D打印技術(shù)，研究人員能夠?qū)@些納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的定向排列，從而制造出具有不同方向性性能的材料。這種可控性為設(shè)計(jì)師提供了極大的自由度，使他們能夠在同一件物品的不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)硬度和柔韌性的靈活組合。
熱塑性彈性體的選擇也是這項(xiàng)技術(shù)成功的重要因素之一。這種材料在加熱后可以熔化成型，冷卻后又變得堅(jiān)韌且有彈性。研究人員利用這一特性，成功創(chuàng)造出了剛?cè)峒鎮(zhèn)涞膹?fù)合材料。他們還通過調(diào)整打印速度和受控?cái)D壓等工藝參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化了材料的性能。
與市場(chǎng)上現(xiàn)有的3D打印材料相比，這種新型材料具有顯著的優(yōu)勢(shì)。首先，它的生產(chǎn)成本極低，每克僅約0.073元人民幣，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)材料的每克18.3元人民幣以上的價(jià)格。其次，該材料可以重復(fù)使用并自修復(fù)，大大降低了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。研究團(tuán)隊(duì)還成功地在材料中添加了功能性成分，如使塑料在紫外線照射后發(fā)光或形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用范圍。
研究團(tuán)隊(duì)表示，他們將繼續(xù)探索這種新型材料在可穿戴電子設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信這種材料將在未來制造業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。
最后，研究負(fù)責(zé)人戴維森強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)技術(shù)的重要性：“通過精確控制納米結(jié)構(gòu)，我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料性能的精準(zhǔn)調(diào)整，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了前所未有的自由度。這一成果不僅推動(dòng)了3D打印技術(shù)的發(fā)展，也為相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新提供了有力支持。”
