2024第5篇3D打印Nature！浙江大学重要突破！

弹性体的柔韧性和弹性使其成为汽车、建筑和消费品等众多行业的关键材料。此外，它们在微流体、软机器人、可穿戴电子和医疗设备等新兴领域也日益受到关注。对于任何应用而言，足够的机械强度都是前提。因此，解决柔软度与强度之间看似矛盾的特性一直是持续追求的目标。天然蜘蛛丝以其卓越的强度为设计合成软材料提供了灵感。尽管其独特的超结构（β片层）难以复制，但设计层次结构的广泛原则为制造机械强度高的弹性体提供了有用的启示。

然而，上述设计原则不能直接应用于基于光固化数字光处理（DLP）的3D打印。DLP打印需要快速光固化以实现必要的快速凝胶化，因此光敏树脂通常包含大量的多功能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，这严重限制了分子设计自由度以实现优越的机械强度。此外，快速固化导致网络形成不均匀和残余应力，也对机械性能产生不利影响。在此，研究人员展示了利用动态共价化学来克服打印性能冲突的方法。

可光固化3D打印弹性体的化学设计

前驱体的获得主要包括三个步骤：引入异氰酸酯端基，生成带有两个悬挂羧酸基团的异氰酸酯封端预聚物，将上述得到的物质进行反应得到DLP前驱体。

为了确保合成的DLP前驱体具有预期的结构，研究团队采用了多种分析手段进行结构确认，包括质子核磁共振和傅里叶变换红外光谱。

弹性体的机械性能和背后的强化增韧机制

实验发现，气球在充气至其原始尺寸的2.5倍后，仍能保持良好的形态和结构完整性。实验通过模拟Mises力约为40N的针头对气球进行“机械穿刺”，结果显示，即使在充气状态下，气球也能承受这种高强度的机械应力而不破裂，展现了其出色的抗穿刺性能。

a.打印后的物体及其在后处理过程中的尺寸变化；b.3D 打印气球的非充气和充气状态及其抗穿刺性c.机械穿刺力的有限元建模。d.3D 打印气动执行器可举起 200克的重量e.3D打印气动夹持器，用尖刺抓住铜球（70 克）

为了进一步验证其极端条件下的适用性，研究者们设计了一个气动软致动器实验。该致动器能够在高压空气下稳定工作，不仅能够承载重物，还能够在高压力充气状态下，安全地抓取表面带有尖锐突起的铜球，这进一步证明了其卓越的抗穿刺能力和结构强度。

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