怀俄明大学的工程师Daniel Rau正致力于解决3D打印领域的重大挑战——生产柔软、弹性的材料。在美国国家科学基金会的支持下，Rau的实验室正在开发新方法，以实现3D打印橡胶类弹性材料（如生物医学设备、可穿戴技术和抗冲击装备）。他将利用先进技术研究目前打印弹性材料时所面临的稳定性问题，探索如何优化光聚合3D打印过程。此项突破性研究不仅有望推动软性材料的3D打印技术，还可能对医疗、运动装备等领域带来革命性变化。
美国怀俄明大学的工程师Daniel Rau正在解决3D打印领域的一个重大难题：生产柔软、富有弹性的材料。在美国国家科学基金会的资助下，Rau的实验室正在开发新方法，旨在3D打印弹性体——这些具有橡胶般特性的柔软物质，为生物医学设备、可穿戴技术和抗冲击设备开辟了新的可能性。
“这个领域潜力巨大。你知道，人类的身体是非常柔软的。因此，人体很多地方需要柔软的材料，无论是植入物还是可穿戴设备，”Rau表示，“例如，你想要一双更舒适的跑步鞋，或者更好的足球头盔来防止脑震荡。通过3D打印，我们可以创造出这些非常酷的几何形状和支撑结构，从而让这些几何形状能够吸收一些冲击。通过3D打印和材料的结合，我们认为能够获得非常出色的性能。所以，我认为这就是它的变革性潜力所在。”
Daniel Rau是怀俄明大学机械工程系的助理教授。他将利用获得的198,932美元资助研究为什么目前的增材制造工艺在打印弹性体时会出现变形或不稳定的结果。他的项目名为“通过深入理解工艺动态，改善柔软弹性体的光聚合增材制造”，旨在弥补这一空白。
“这种特定的增材制造工艺涉及一种非常独特的材料类别——光聚合物。它们是液态的，经过紫外光照射（类似强烈的阳光），会固化，”Rau解释道，“但我们对于液态到固态的转变过程还有很多问题。我们的材料非常柔软，我们认为在这个过程中可能存在一些独特的现象，因此我们正在进行测量以观察这些现象。”
为了更深入地了解打印过程，Rau将采用两种技术——光流变学和X射线光子相关光谱（XPCS），密切观察光聚合物如何固化和附着。在XPCS实验中，他将与位于纽约长岛的布鲁克海文国家实验室合作，使用他们的2.5公里同步辐射装置，将X射线束聚焦到打印样品上，以捕捉固化动态的高度局部化信息。
通过这些研究获得的知识将帮助Rau开发出一套“配方”，以优化软性材料的增材制造工艺。
Rau的工作基于软性材料3D打印的更广泛进展。今年7月，德克萨斯大学奥斯汀分校（UT Austin）的研究人员开发了一种3D打印方法，模仿自然界软硬材料的结合方式——例如骨骼被软骨包裹。通过使用不同颜色的光切换材料的柔性和刚性特性，这种方法使得多材料物体可以在一次打印中制造出来。该方法预计将推动广泛的应用，包括假肢、医疗设备、可拉伸电子设备和软体机器人。
早在2020年，国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员就开发了一种新的3D打印凝胶和软性材料的方法。他们不再像大多数现代软性材料3D打印机那样使用紫外激光（UV）或可见光来启动凝胶，而是利用电子束和X射线束来固化各种光敏树脂。这些短波长激光比传统激光束更加集中，使得可以制造出具有高结构细节的凝胶，尺寸小至100纳米。
