日前，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)設(shè)計(jì)出一種新型光敏樹(shù)脂，并用它通過(guò)3D打印做出能拉伸到自身長(zhǎng)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(jí)橡皮筋”。相關(guān)成果日前發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

“超級(jí)橡皮筋”拉伸前后對(duì)比圖。左圖為拉伸前，右圖為拉伸后。

區(qū)別于層層打印的方式，光固化3D打印技術(shù)好比沖印照片，利用紫外線激光對(duì)光敏樹(shù)脂固化，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)“曝光”從打印材料中“顯影”出來(lái)，使打印過(guò)程更快，更接近工業(yè)級(jí)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。然而，光固化3D打印的產(chǎn)品通常比較脆，容易斷裂，主要被用于打印模型，不適用于對(duì)機(jī)械性能有較高要求的場(chǎng)景。

“要讓3D打印技術(shù)能適應(yīng)更多的場(chǎng)景，需要改變材料性能。”該論文第一作者、浙大杭州國(guó)際科創(chuàng)中心方子正研究員介紹，研究團(tuán)隊(duì)在打印階段先關(guān)注材料的反應(yīng)活性和流動(dòng)性，滿足材料成型的要求，在打印成型后再進(jìn)行增韌處理。

方子正說(shuō)，團(tuán)隊(duì)在已有的光敏樹(shù)脂分子中加入動(dòng)態(tài)受阻脲鍵、聚氨酯鏈段和羧基。在打印前體材料階段，它們處于“潛伏”狀態(tài)。打印成型后，成品會(huì)被轉(zhuǎn)移到90攝氏度的“烤箱”中靜置一會(huì)兒，材料的分子結(jié)構(gòu)和性能會(huì)悄然變化。

據(jù)了解，研究人員用這類新型樹(shù)脂打印出一根“橡皮筋”后對(duì)其進(jìn)行耐力測(cè)試。實(shí)驗(yàn)顯示，“橡皮筋”能被拉伸到自身長(zhǎng)度的9倍，承受94兆帕的拉力也不繃斷。此外，研究人員還用該材料制備出抗穿刺性能極佳的氣球等物件。

吳晶軍表示，這種光敏樹(shù)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(lái)了曙光。