在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，3D 打印技術(shù)正以其獨(dú)特的魅力改變著制造業(yè)的格局。而材料的創(chuàng)新，一直是推動 3D 打印技術(shù)不斷進(jìn)步的關(guān)鍵因素。浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院謝濤教授、吳晶軍研究員團(tuán)隊(duì)的最新研究成果，為 3D 打印領(lǐng)域帶來了令人矚目的突破。


一、超強(qiáng)韌 3D 打印彈性材料的誕生


傳統(tǒng)的 3D 打印材料往往存在著脆性大、易斷裂的問題，這極大地限制了 3D 打印技術(shù)在對機(jī)械性能有較高要求場景中的應(yīng)用。


要知道，光敏樹脂材料的優(yōu)點(diǎn)就是表面光滑，價(jià)格便宜，但是其缺點(diǎn)就是比較脆，普通樹脂材料，難免是具備高硬度或者高韌性，要想兩者兼?zhèn)鋵?shí)在是屈指可數(shù)。


然而，浙大研究團(tuán)隊(duì)的不懈努力，成功地打破了這一局限。他們設(shè)計(jì)出的新型光敏樹脂，通過精心的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和獨(dú)特的處理工藝，打造出了能夠拉伸到自身長度 9 倍以上，憑借直徑1毫米的“身軀”提起10公斤物件的“超級橡皮筋”。這種超強(qiáng)的拉伸性能，讓人們對 3D 打印材料的潛力有了全新的認(rèn)識。


這種光敏樹脂材料的強(qiáng)度和韌性，遠(yuǎn)超現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道和商業(yè)化產(chǎn)品中的同類材料。這項(xiàng)研究進(jìn)展為3D打印技術(shù)突破材料局限，大規(guī)模應(yīng)用于高性能的產(chǎn)品制造帶來了曙光。


二、新型光敏樹脂的獨(dú)特優(yōu)勢


1、反應(yīng)活性與流動性的平衡


在打印階段，研究團(tuán)隊(duì)巧妙地關(guān)注了材料的反應(yīng)活性和流動性。他們深知，只有滿足這兩個(gè)關(guān)鍵因素，才能確保材料順利成型，為后續(xù)的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。


通過精準(zhǔn)的調(diào)控和優(yōu)化，使得材料在打印過程中能夠流暢地固化，形成精細(xì)且均勻的結(jié)構(gòu)。


2、創(chuàng)新的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)


團(tuán)隊(duì)在已有的光敏樹脂分子中加入了動態(tài)受阻脲鍵、聚氨酯鏈段和羧基。這些特殊的分子結(jié)構(gòu)在打印前體材料階段處于“潛伏”狀態(tài)，等待著后續(xù)的激活和轉(zhuǎn)化。


這種巧妙的設(shè)計(jì)，為材料在打印成型后的性能優(yōu)化提供了巨大的潛力。


3、獨(dú)特的后處理工藝


打印成型后的成品會被轉(zhuǎn)移到 90 攝氏度的“烤箱”中靜置一會兒。在這個(gè)過程中，材料的分子結(jié)構(gòu)和性能會悄然發(fā)生變化。


原本“潛伏”的分子結(jié)構(gòu)開始發(fā)揮作用，相互作用和協(xié)同，從而賦予材料出色的強(qiáng)度和韌性。用它通過3D打印做出能拉伸到自身長度9倍以上、憑借直徑1毫米的“身軀”提起10公斤物件的“超級橡皮筋”。


三、光敏樹脂在 3D 打印上的應(yīng)用


目前，光敏樹脂材料在3D打印材料領(lǐng)域應(yīng)用的研究很多，光敏樹脂的種類也越來越豐富。


1、高精度模型打印


光敏樹脂一直以來在打印高精度模型方面表現(xiàn)出色。其能夠細(xì)膩地呈現(xiàn)復(fù)雜的形狀和細(xì)節(jié)，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和原型制作提供了極大的便利。


例如，在汽車工業(yè)中，可以快速打印出精致的零部件模型，用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證和外觀評估。


2、醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用


在醫(yī)療領(lǐng)域，光敏樹脂的應(yīng)用前景廣闊。可以用于打印個(gè)性化的醫(yī)療器械，如假肢、牙套等，更好地滿足患者的特殊需求。


同時(shí)，也能夠?yàn)獒t(yī)學(xué)研究提供精確的人體器官模型，輔助手術(shù)規(guī)劃和培訓(xùn)。


3、工業(yè)制造中的零部件生產(chǎn)


隨著新型光敏樹脂的出現(xiàn)，其在工業(yè)制造中的應(yīng)用有望進(jìn)一步拓展。能夠打印出具有高強(qiáng)度和高韌性的零部件，用于替代傳統(tǒng)制造工藝中的一些部件。


這不僅可以提高生產(chǎn)效率，還能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜形狀零部件的快速制造。


四、超強(qiáng)韌 3D 打印彈性材料的應(yīng)用實(shí)例


1、“超級橡皮筋”的卓越性能


研究人員用這類新型樹脂打印出的“橡皮筋”展現(xiàn)出了令人驚嘆的耐力。它能被拉伸到自身長度的 9 倍，承受 94 兆帕的拉力也不繃斷。


這種超強(qiáng)的拉伸性能和耐力，使其在眾多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。


2、抗穿刺性能極佳的氣球


除了“橡皮筋”，研究人員還用該材料制備出了抗穿刺性能極佳的氣球。這一成果展示了材料在不同應(yīng)用場景中的出色適應(yīng)性。


例如，在航空航天領(lǐng)域，這種抗穿刺的氣球可以用于某些特殊的氣體儲存和釋放裝置。


五、應(yīng)用前景與展望


1、制造業(yè)的變革


這種超強(qiáng)韌的 3D 打印彈性材料和新型光敏樹脂的出現(xiàn)，有望為制造業(yè)帶來一場深刻的變革。能夠?qū)崿F(xiàn)更加復(fù)雜和高性能產(chǎn)品的快速制造，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。


在汽車、航空航天、電子等領(lǐng)域，將能夠制造出更輕、更強(qiáng)、更復(fù)雜的零部件，提升產(chǎn)品的性能和競爭力。


2、個(gè)性化定制的新高度


為個(gè)性化定制開辟了新的道路?？梢愿鶕?jù)用戶的特定需求，快速打印出具有獨(dú)特性能和形狀的產(chǎn)品，滿足市場對個(gè)性化和差異化的追求。


例如，在運(yùn)動裝備領(lǐng)域，可以為運(yùn)動員定制貼合其身體特征和運(yùn)動需求的裝備。


3、科研與創(chuàng)新的推動


材料的創(chuàng)新將激發(fā)更多的科研靈感和創(chuàng)新應(yīng)用。吸引更多的研究人員投身于 3D 打印技術(shù)的研究和開發(fā)，推動整個(gè)領(lǐng)域不斷向前發(fā)展。


未來，可能會出現(xiàn)更多性能卓越、功能多樣的 3D 打印材料，拓展 3D 打印技術(shù)的應(yīng)用邊界。


總之，浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)的這一研究成果為 3D 打印技術(shù)的發(fā)展注入了強(qiáng)大的動力。相信在不久的將來，我們將看到更多基于這種創(chuàng)新材料的令人驚嘆的應(yīng)用，為人類的生活和生產(chǎn)帶來更多的便利和進(jìn)步。


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