CUTTING-EDGE TECHNOLOGY

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热固性弹性体增材制造:新兴技术综述

为解决传统交联网络不可逆的问题,研究人员正开发基于动态分子结构的可回收热固性材料。其中一种有前景的方法是利用动态共价键(如弹性体 vitrimer(动态交联聚合物)体系中引入的化学键),这类键在受热或特定化学刺激时可实现网络重排。 另一种策略依赖非共价相互作用(包括氢键和 π-π 堆积),这类相互作用可实现可逆键合,使材料无需完全降解网络即可实现力学性能的再利用。此外,共价适应性网络(CANs)和可解聚体系也在设计中,它们能在受控条件下分解为原始或改性单体,为闭环回收奠定基础。 除可回收性外,这些动态材料体系通常还具有自修复等实用功能,可延长部件使用寿命、减少更换频率,进一步提升其可持续性。

斯特拉塔西斯与信越化学合作,为 Origin DLP 3D 打印机推出硅胶材料

斯特拉塔西斯首席业务部门官里奇・加里蒂(Rich Garrity)表示:“增材制造(3D 打印)要在生产场景广泛落地,核心是要有性能比肩传统制造的特种材料。我们与信越化学的合作恰好达成了这一目标,P3 Silicone 25A 既保留了增材制造的灵活性,又具备纯正硅胶的可靠性能,且有可重复的打印结果和实际应用数据背书。”

理解硅酮弹性体的固化与粘合,打造更坚固的柔性器件

硅酮弹性体凭借其柔韧性、惰性和生物相容性,被广泛应用于生物医学器件和柔性机械领域。固化过程中的溶胶 - 凝胶转变使其能够通过模塑成型和逐层制造技术,实现全弹性体器件及柔 - 刚性混合器件的制备。然而,材料界面粘合的控制仍存在挑战,尤其是在不同温度条件下。本研究提出一种框架,将粘合强度与结合时间和温度的无量纲反应坐标相关联。该反应坐标可用于预测从本体断裂到粘合失效的转变,这对制造具有坚固界面的可靠器件至关重要。借助该框架,我们制备了弹性体机器人致动器,并实现了直接墨水书写(DIW)3D 打印。相同设计下,致动器的曲率提升了 50%,3D 打印部件的层间粘合强度提高了 200% 以上。本研究为优化不同制造工艺中柔性材料的界面粘合提供了实用工具。

格拉斯哥大学研发 3D 打印自感知材料 —— 具有负泊松比的 3D 打印 PEEK 结构可实现自感知

“我们的研究表明,设计出的 PEEK 晶格结构不仅具有负泊松比特性,还能在无需嵌入电子元件的情况下实现应变与损伤感知,” 该研究通讯作者、格拉斯哥大学詹姆斯・瓦特工程学院材料与增材制造专家尚穆加姆・库马尔教授解释道,“这一成果有望推动智能骨科植入物、航空航天蒙皮乃至可穿戴技术等新应用的发展。”

心脏级打印:3D打印机制造的人造肌肉

瑞士研究人员首次通过3D打印技术制造出结构复杂的软质致动器。这种人造肌肉可对电脉冲产生响应,未来有望改变假肢与康复领域的发展格局;此外,这类3D打印复制品还能为受伤肌肉提供支撑,甚至可能在未来替代完整器官。

休斯顿大学研发3D打印陶瓷折纸结构,可应用于生物医学与航空航天领域

休斯顿大学工程团队采用浆料基立体光刻技术(slurry-based stereolithography)设计并制造三浦折纸陶瓷结构。该3D打印工艺以二氧化硅填充树脂为原料,通过紫外线(UV)固化构建复杂、高分辨率的结构形态。研究团队选择精细的折纸图案,正是看中其独特的力学优势,包括多稳态、刚度可调及负泊松比特性(auxetic behavior,受拉伸时横向收缩、受压缩时横向膨胀)。

用于骨髓炎治疗的3D打印壳聚糖基pH响应型双功能支架:协同抗菌与成骨治疗

本研究通过 3D 打印与交联技术,开发了一种新型壳聚糖基双药负载微球复合支架(VM@n-HA/CS/DM)。万古霉素和二氟尼柳分别负载于不同壳聚糖微球,前者(VM)连接于支架表面,后者(DM)包裹于支架层内;同时,支架壳聚糖基质中引入纳米羟基磷灰石(n-HA)—— 模拟骨组织无机成分,有利于新骨形成。该支架可通过 VM 在酸性微环境中的 pH 敏感性释放万古霉素,实现有效杀菌;同时通过 DM 持续释放二氟尼柳,阻断细菌毒素损伤并促进成骨。我们推测,这种将载药壳聚糖微球与壳聚糖基基质结合的创新支架,可作为一种 pH 响应型双药释放系统用于骨髓炎治疗。该设计旨在实现靶向抗菌治疗与持续骨保护、成骨作用的协同,从而降低感染复发率并促进骨再生。

医用级硅氧烷弹性体 3D 打印技术在个性化软组织植入物中的应用

假体和植入物是现代医疗体系中的关键组成部分。硅氧烷(又称硅橡胶)因其化学惰性、类组织力学性能及良好的适应性,被广泛应用于医疗设备制造。然而,传统硅氧烷加工工艺受限于结构复杂性和特异性要求,难以满足个性化需求。硅氧烷三维(3D)打印技术的出现,为制备患者特异性、结构精密的植入物和假体开辟了重要途径。尽管硅氧烷 3D 打印技术的研究不断推进,但生物医学领域中主流的医用级硅氧烷在 3D 打印应用中仍面临诸多挑战。

新研究旨在将乳房假体价格降至 200 美元

借助 3D 打印技术,经济、安全的乳房假体研发已取得长足进步。 总部位于新西兰的医疗初创公司 myReflection,通过 3D 扫描和 3D 打印模具制作定制乳房假体,为乳房切除术后的女性提供了新选择。每个假体都有一个内芯和经过认证的硅胶外层,兼顾舒适度与耐用性。

新加坡国立大学研发 3D 打印自供能机械发光光子皮肤,可用于水下通信与安全监测

尽管发光二极管(LED)和光纤广泛应用于水下照明系统,但它们依赖刚性结构和外部电源,难以适配动态、柔性的应用场景。相比之下,新加坡国立大学研发的可拉伸机械发光光子皮肤,为潜水员信号传递、机器人检测和泄漏监测提供了一种自供能、高适配性的替代方案,有望彻底改变水下通信与安全系统的技术格局。

走进超写实硅胶面具的世界

英国约克大学和日本京都大学联合开展了一项研究:研究人员让志愿者观察两组照片,一组是佩戴写实面具的人,另一组是未佩戴面具的人,要求志愿者分辨二者。结果令人震惊 ——20% 的判断都是错误的。要知道,这还是在受控环境下,参与者正主动排查谁戴着伪装。试想一下,在现实生活中,当你毫无防备时,要被这样的面具骗过该是多么容易的事,想想都让人不寒而栗。

研究人员 3D 打印出续航更持久的健康监测可穿戴设备

亚利桑那大学的研究人员通过 3D 打印技术,研发出续航更持久的可穿戴设备 —— 该设备能更全面地呈现用户的生理状态。

宾夕法尼亚大学突破:3D 打印 CLCEs 材料实现动态变色与应力响应

据宾夕法尼亚州立大学介绍,一个由工程与应用科学学院研究人员参与的多学科团队成功研发出了一种先进的 3D 打印胆甾相液晶弹性体(CLCEs)的方法,为具有动态变色功能且能对机械应力做出响应的材料打开了大门。

约翰・霍普金斯大学研究人员研发 HyFAM 技术

约翰・霍普金斯大学的两位科学家内森・C・布朗和约亨・穆勒研发出了一种混合制造技术,他们将其命名为 HyFAM,即混合成形增材制造技术。他们在这项技术上的研究成果已发表在《先进材料》期刊上。这支来自怀廷工程学院土木与系统工程系(CaSE)的团队介绍,该技术先进行轮廓打印,随后再进行填充工序。

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