在科技飛速發展的今天，3D打印技術遍佈各行各業。從複雜精密的機械零件到栩栩如生的模型，從夢幻般的建築原型到個性化的生活用品，3D打印技術以其無限的創造力和靈活性，將人們的想象照進現實，為我們的生活帶來了便捷與驚喜。

3D打印技術是什麼？

3D打印技術，又名增材製造技術，是一種通過逐層堆疊材料來構建三維實體的創新生産方式。3D打印技術的原理與我們用磚頭蓋房子類似，可以簡單概括為“分層製造，逐層疊加”。

3D打印的整個流程並不複雜，首先通過計算機輔助設計軟體創建或獲取數字模型，然後將該模型切割成一系列非常薄的橫截面層（即切片），每層厚度通常在數十到數百微米之間。接着，3D打印機根據這些切片信息，通過特定的技術和材料，一層一層地構建出最終的物體。

3D打印的工藝包括熔融沉積成型（FDM）、光固化3D打印（SLA、DLP、LCD）、選擇性激光燒結（SLS）、選擇性激光熔化（SLM）、立體噴墨打印（3DP）、疊層實體製造（LOM）。

熔融沉積成型技術是將絲狀的熱塑性材料通過噴頭加熱熔化，逐層沉積在&&上，最終凝固成三維的物體。該技術常用的原材料有熱塑性材料，如ABS（丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PLA（聚乳酸）等。該技術對設備要求較低，操作簡便，適合個人和小型工作室使用。近期玩具市場火爆的“蘿蔔刀”“伸縮劍”等就是通過這種方式做出來的。

光固化3D打印的原理是利用特定波段和形狀的光照射光敏樹脂，通過光敏樹脂的逐層固化，生成所需形狀的物體。該技術成型精度高，表面光滑，適合製作精細模型和小型零件。

選擇性激光燒結是利用激光束掃描粉末材料，使其熔化並粘結在一起，逐層累積成三維物體。該技術以粉末為原材料（如尼龍、金屬粉末、陶瓷粉末等），成型精度高，適合製造複雜結構和功能零件。

選擇性激光熔化與選擇性激光燒結類似，但激光能量更高，能夠完全熔化金屬粉末，實現金屬零件的快速成型。該技術常用金屬粉末（如鈦合金、不銹鋼等）為原材料，可打印高強度、高精度的金屬零件，廣泛應用於航空航天、醫療等領域。

立體噴墨打印是以粉末狀材料（金屬或非金屬）和粘合劑為原材料，利用粘結的機理，逐層打印各部件。該打印技術成型的樣品與實際産品具有相同的顏色，是目前較為成熟的彩色3D打印技術。

疊層實體製造以薄片材料（如紙片、塑料薄膜等）和熱熔膠為原材料，通過激光切割和熱粘合的方式逐層累積成所需物體。該技術成型速度快，材料成本低，適合製作大型結構和外殼。

儘管3D打印技術已經比較成熟，産品的還原度較高，但是受打印原材料的限制，3D打印産品具有脆性，受外力容易發生斷裂。

2024年7月3日，中國科學家在《Nature》期刊上發表了一項關於3D打印彈性體的研究成果，利用該技術製備的橡皮筋能夠被拉伸到自身長度的9倍，最大拉伸強度可達到94.6 MPa，相當於1平方毫米就可以承受接近於10公斤的重力，展現出超高的強度和韌性。

這根“橡皮筋”為何如此特殊呢？

在光固化3D打印過程中，為了提高生産效率，往往需要較快的成型速度，這就導致材料在固化過程中交聯密度的上升和材料韌性的降低。常規增加材料韌性的方法會增加材料的黏度，降低流動性，導致成型速度的下降。研究者通過對光固化3D打印原材料光敏樹脂的分析和打印過程的拆解，提出了打印和後處理分階段進行的策略。研究者設計了一種二甲基丙烯酸酯的DLP（數字化光處理）前驅體，該前驅體的主鏈上含有動態受阻鍵和兩個羧基。在打印成型階段，這幾個關鍵組分處於“休眠”的狀態，在成型後處理階段發揮了增韌的作用。

在90℃後處理階段，3D打印成品中的受阻鍵解離生成了異氰酸酯基團，該基團一方面與側鏈羧基生成酰胺鍵，另一方面與羧酸吸附的水反應生成鍵。分子內部發生的化學鍵變化將材料中單一的網絡結構連接成類似於“手拉手”的互穿網絡結構，並且帶來了更多的氫鍵，使得材料內部結構得到強化。正是由於材料內部結構的變化，使得3D打印的成品在受到外力産生形變時具備更大的緩衝空間，類似於車輛碰撞時的吸能效果，提高了産品的抗衝擊和抗斷裂能力，具有更高的韌性。

實驗結果表明，利用DLP前驅體經3D打印製備的厚度僅有0.8mm的薄膜表現出極強的抗針刺的性能，能夠在74.4 N的作用力下不發生破裂。即使在高壓充氣的條件下，3D打印的氣動夾具仍然能夠在不破裂的情況下抓起表面有鋒利刺、重達70克的銅球。展示了3D打印産品超高的韌性和結構強度。

3D打印彈性體有哪些應用？

在運動裝備領域，3D打印彈性體為運動員提供了更加個性化、高性能的裝備。例如，定制化鞋墊和防護裝備利用彈性體的減震和支撐特性，能夠優化運動員的運動表現並提升穿着體驗。特別是在極限運動和高衝擊運動中，3D打印的彈性體材料可以顯著減少運動員在運動中受到的衝擊，保護其關節和肌肉免受損傷。

在汽車與航空航天領域，3D打印彈性體被用於輕量化減震部件和密封圈等關鍵組件。這些部件通過複雜的結構設計，既減輕了重量又保持了高性能。

在電子産品領域，智能音箱、智能手環、手機保護套等産品都可以採用彈性體材料進行打印。這些産品不僅具有優良的柔軟度和彈性，還具備較高的耐磨性和耐用性，能夠滿足消費者對産品外觀和性能的多方面需求。

在工業製造領域，3D打印彈性體技術被用於製造各種工業模具和傳動帶等部件。這些部件需要承受較大的機械應力和振動，而彈性體材料以其優異的彈性和抗疲勞性能成為理想的選擇。通過3D打印技術製造這些部件，不僅提高了生産效率，還降低了製造成本。

結語

3D打印技術在我們的生活中佔據着越來越重要的地位，3D打印彈性體技術的問世進一步豐富了3D打印産品的使用場景。科技的進步賦予了生活無限的可能性，我們也期待更多科技的發展和技術的革新，使我們的生活更加豐富多彩。