在科技飞速发展的今天，3D打印技术遍布各行各业。从复杂精密的机械零件到栩栩如生的模型，从梦幻般的建筑原型到个性化的生活用品，3D打印技术以其无限的创造力和灵活性，将人们的想象照进现实，为我们的生活带来了便捷与惊喜。

3D打印技术是什么？

3D打印技术，又名增材制造技术，是一种通过逐层堆叠材料来构建三维实体的创新生产方式。3D打印技术的原理与我们用砖头盖房子类似，可以简单概括为“分层制造，逐层叠加”。

3D打印的整个流程并不复杂，首先通过计算机辅助设计软件创建或获取数字模型，然后将该模型切割成一系列非常薄的横截面层（即切片），每层厚度通常在数十到数百微米之间。接着，3D打印机根据这些切片信息，通过特定的技术和材料，一层一层地构建出最终的物体。

3D打印的工艺包括熔融沉积成型（FDM）、光固化3D打印（SLA、DLP、LCD）、选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）、立体喷墨打印（3DP）、叠层实体制造（LOM）。

熔融沉积成型技术是将丝状的热塑性材料通过喷头加热熔化，逐层沉积在平台上，最终凝固成三维的物体。该技术常用的原材料有热塑性材料，如ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PLA（聚乳酸）等。该技术对设备要求较低，操作简便，适合个人和小型工作室使用。近期玩具市场火爆的“萝卜刀”“伸缩剑”等就是通过这种方式做出来的。

光固化3D打印的原理是利用特定波段和形状的光照射光敏树脂，通过光敏树脂的逐层固化，生成所需形状的物体。该技术成型精度高，表面光滑，适合制作精细模型和小型零件。

选择性激光烧结是利用激光束扫描粉末材料，使其熔化并粘结在一起，逐层累积成三维物体。该技术以粉末为原材料（如尼龙、金属粉末、陶瓷粉末等），成型精度高，适合制造复杂结构和功能零件。

选择性激光熔化与选择性激光烧结类似，但激光能量更高，能够完全熔化金属粉末，实现金属零件的快速成型。该技术常用金属粉末（如钛合金、不锈钢等）为原材料，可打印高强度、高精度的金属零件，广泛应用于航空航天、医疗等领域。

立体喷墨打印是以粉末状材料（金属或非金属）和粘合剂为原材料，利用粘结的机理，逐层打印各部件。该打印技术成型的样品与实际产品具有相同的颜色，是目前较为成熟的彩色3D打印技术。

叠层实体制造以薄片材料（如纸片、塑料薄膜等）和热熔胶为原材料，通过激光切割和热粘合的方式逐层累积成所需物体。该技术成型速度快，材料成本低，适合制作大型结构和外壳。

尽管3D打印技术已经比较成熟，产品的还原度较高，但是受打印原材料的限制，3D打印产品具有脆性，受外力容易发生断裂。

2024年7月3日，中国科学家在《Nature》期刊上发表了一项关于3D打印弹性体的研究成果，利用该技术制备的橡皮筋能够被拉伸到自身长度的9倍，最大拉伸强度可达到94.6 MPa，相当于1平方毫米就可以承受接近于10公斤的重力，展现出超高的强度和韧性。

这根“橡皮筋”为何如此特殊呢？

在光固化3D打印过程中，为了提高生产效率，往往需要较快的成型速度，这就导致材料在固化过程中交联密度的上升和材料韧性的降低。常规增加材料韧性的方法会增加材料的黏度，降低流动性，导致成型速度的下降。研究者通过对光固化3D打印原材料光敏树脂的分析和打印过程的拆解，提出了打印和后处理分阶段进行的策略。研究者设计了一种二甲基丙烯酸酯的DLP（数字化光处理）前驱体，该前驱体的主链上含有动态受阻脲键和两个羧基。在打印成型阶段，这几个关键组分处于“休眠”的状态，在成型后处理阶段发挥了增韧的作用。

在90℃后处理阶段，3D打印成品中的受阻脲键解离生成了异氰酸酯基团，该基团一方面与侧链羧基生成酰胺键，另一方面与羧酸吸附的水反应生成脲键。分子内部发生的化学键变化将材料中单一的网络结构连接成类似于“手拉手”的互穿网络结构，并且带来了更多的氢键，使得材料内部结构得到强化。正是由于材料内部结构的变化，使得3D打印的成品在受到外力产生形变时具备更大的缓冲空间，类似于车辆碰撞时的吸能效果，提高了产品的抗冲击和抗断裂能力，具有更高的韧性。

实验结果表明，利用DLP前驱体经3D打印制备的厚度仅有0.8mm的薄膜表现出极强的抗针刺的性能，能够在74.4 N的作用力下不发生破裂。即使在高压充气的条件下，3D打印的气动夹具仍然能够在不破裂的情况下抓起表面有锋利刺、重达70克的铜球。展示了3D打印产品超高的韧性和结构强度。

3D打印弹性体有哪些应用？

在运动装备领域，3D打印弹性体为运动员提供了更加个性化、高性能的装备。例如，定制化鞋垫和防护装备利用弹性体的减震和支撑特性，能够优化运动员的运动表现并提升穿着体验。特别是在极限运动和高冲击运动中，3D打印的弹性体材料可以显著减少运动员在运动中受到的冲击，保护其关节和肌肉免受损伤。

在汽车与航空航天领域，3D打印弹性体被用于轻量化减震部件和密封圈等关键组件。这些部件通过复杂的结构设计，既减轻了重量又保持了高性能。

在电子产品领域，智能音箱、智能手环、手机保护套等产品都可以采用弹性体材料进行打印。这些产品不仅具有优良的柔软度和弹性，还具备较高的耐磨性和耐用性，能够满足消费者对产品外观和性能的多方面需求。

在工业制造领域，3D打印弹性体技术被用于制造各种工业模具和传动带等部件。这些部件需要承受较大的机械应力和振动，而弹性体材料以其优异的弹性和抗疲劳性能成为理想的选择。通过3D打印技术制造这些部件，不仅提高了生产效率，还降低了制造成本。

结语

3D打印技术在我们的生活中占据着越来越重要的地位，3D打印弹性体技术的问世进一步丰富了3D打印产品的使用场景。科技的进步赋予了生活无限的可能性，我们也期待更多科技的发展和技术的革新，使我们的生活更加丰富多彩。