新型自修复聚合物有望延长3D打印部件的使用寿命
时间：2025-11-02 10:49 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
2025年10月31日，罗切斯特理工学院(RIT)的科学家们开发刺激响应型光敏聚合物，这种聚合物在受损后能够自我修复，从而提高3D打印产品的耐用性。这些材料最初是类似于强力胶的液态树脂，在光刻工艺过程中，它们会在打印过程中逐层选择性固化。固化后，它们展现出自修复特性，有望延长打印部件的使用寿命。
罗切斯特理工学院工程技术学院的教授、研究领导者克里斯托弗·刘易斯表示，研究团队的目标是生产出能够复制生物系统修复能力的合成材料。刘易斯说：“虽然活体组织在受伤后可以再生，但合成材料或人造物体却无法做到这一点。我们对自愈材料的研究，是对未来如何开发能够模拟天然材料特性的系统的一种展望。”
△克里斯托弗·刘易斯开发了一种自修复材料解决方案，以改进3D打印技术。图片来自罗切斯特理工学院。
克服3D打印材料的不足
增材制造面临的持续挑战之一是材料脆性，尤其是在承重应用中的部件。随着时间的推移，裂纹会逐渐形成，最终导致失效。为了解决这个问题，Lewis 的研究团队将紫外光固化树脂与热塑性添加剂结合，制成了一种强度更高的混合物，可以加固受损区域。这种材料还具有形状记忆特性，这意味着它在变形后可以恢复到原始形状。
本项目由美国国防部(DoD) 资助，并与罗切斯特理工学院 (RIT) 的AMPrint 中心合作开展，目前正致力于微调树脂的化学成分，以平衡光敏性和粘度。这两种特性对于实现稳定可靠的打印性能至关重要。
这种自愈能力源于一种称为聚合诱导相分离（PIPS）的过程。当暴露于光照下时，液态树脂开始固化，热固性和热塑性组分逐渐分离。这形成了一种动态的内部结构，在固化过程中会发生移动并最终稳定下来，类似于熔岩灯的轻微晃动。
刘易斯解释说，这种相分离是材料自我修复的关键。此前对热塑性共混物的研究表明，类似的结构动力学使聚合物能够闭合裂缝并恢复完整性。这些发现指导了研究团队目前对光反应体系的实验。研究人员认为，自修复聚合物有望使3D打印部件更加可靠，适用于机器人、电子产品和生物医学设备。通过提高部件的韧性并减少维护需求，这项技术有助于降低生产成本并拓展增材制造的应用范围。
△克里斯托弗·刘易斯正在与本科/硕士研究生凯娅·安布罗斯探讨与自修复树脂相关的细胞层面的细微差别。安布罗斯是专注于形状记忆行为研究团队的成员。照片由罗切斯特理工学院提供。
用于3D打印的自修复材料
自愈特性在 3D 打印中也很受欢迎，将类似特性集成到打印材料中可能会为增材制造开辟全新的领域。近年来，研究人员在多个领域取得了显著的自愈技术进展。例如，科学家成功地3D打印了一种源自虾的生物聚合物，这可能为可穿戴设备的自修复铺平道路；此外，还有研究人员展示了能够修复智能手机和电脑屏幕损伤的3D打印材料。
南加州大学的研究人员开发出一种能够自我修复的3D打印橡胶，这项突破性成果有望延长鞋子、轮胎、软体机器人部件和电子设备等产品的使用寿命。同样，拉马尔大学的研究人员利用立体光刻（SLA）技术制造出受仙人掌启发而设计的、能够自主修复的结构。
在中国台湾，国立中央大学的科学家们研发出一种能够抵抗紫外线和高温的自修复乳胶玻璃。与此同时，德克萨斯农工大学与美国陆军研究实验室合作，开发出一种新型可回收自修复聚合物材料，适用于3D打印。
△自修复液态乳胶玻璃材料。图片来自国立中央大学。
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