Революция в 3D-печати: технология двойного света для идеального сочетания гибких и жёстких материалов

Альткойны Мероприятия

Современный мир производства и инженерии постоянно ищет инновационные подходы для создания материалов, способных сочетать в себе несочетаемые, казалось бы, свойства — гибкость и жёсткость. Вдохновлённые природой, где твёрдая кость гармонично сочетается с эластичной хрящевой тканью, учёные из Техасского университета в Остине разработали прорывной метод 3D-печати, позволяющий получить объекты, обладающие плавным переходом между мягкими и твёрдыми зонами. Эта технология основана на уникальном применении двух различных цветов света, активирующих разные химические реакции в специально разработанной смоле. Достижение позволяет создавать изделия, максимально имитирующие природные материалы, что открывает огромные перспективы для медицины, электроники, робототехники и других сфер. Один из главных вызовов в комбинировании гибких и жёстких компонентов — надёжное соединение на границе двух материалов.

Традиционные методы часто приводят к появлению трещин или отделению при эксплуатации из-за несовместимости физических характеристик. Новая методика обходится без этих недостатков, создавая прочный интерфейс с постепенным переходом свойств, что обеспечивает долговечность и функциональную целостность изделий. Технология использует специально синтезированную жидкую фотополимерную смолу, в составе которой есть молекулы с двумя различными реакционно-способными группами. При воздействии фиолетового света запускается реакция полимеризации, которая формирует гибкий, резиновый материал. А при более высокоэнергетическом ультрафиолетовом излучении происходит иная реакция, делающая структуру твёрдой и прочной, сравнимой с потребительскими пластиками.

Такое двойное отверждение различных областей приводит к появлению многокомпонентных изделий, где каждая зона имеет свои необходимые физические характеристики. Экспериментальные работы лаборатории профессора Зака Пейджа показали исключительную эффективность метода на примере сложной модели коленного сустава. В ней жёсткие участки имитируют кости, а гибкие — связки, причём гибкое движение и нагрузка распределяются естественным образом, не вызывая разрушения или разрыва на стыках. Это демонстрирует, что печать может создавать биомиметические структуры, соответствующие функциональным требованиям живых организмов. Помимо медико-биологических моделей, технология уже нашла применение в создании прототипов гибкой электроники.

Например, инженеры смогли напечатать эластичный носитель с встроенной золотой проводкой, где более жёсткая зона предотвращает разрыв цепи при изгибе или растяжении. Такие устройства обещают стать важной частью носимых гаджетов, медицинских сенсоров и роботов следующего поколения. Ключевым преимуществом новой системы является её скорость и точность. Использование цветов света в сочетании со специальной химией смолы позволяет быстро менять жёсткость в нужных местах с высоким пространственным разрешением. Это не только ускоряет процесс производства, но и расширяет дизайнерские возможности, позволяя создавать ранее невозможные формы и функциональные структуры.

Экономическая составляющая тоже играет важную роль: установка для печати относительно проста и доступна по стоимости, что делает технологию привлекательной для научных центров, медицинских учреждений и образовательных организаций. Она позволит изготавливать индивидуальные хирургические модели, адаптивные импланты и даже мягких роботов с программируемой жёсткостью. Итоги исследований опубликованы в ведущем научном журнале Nature Materials, а сопутствующая работа представлена в ACS Central Science, где эксперты высоко оценили перспективы применяемости данного подхода в массовом производстве. Специалисты отмечают, что благодаря возможности постепенного перехода между твёрдыми и гибкими материалами возможна реализация более сложных биомеханических объектов, чем когда-либо прежде. Этот прорыв приближает аддитивные технологии к конкурентоспособности с традиционными методами, такими как литьё под давлением, при этом открывая новые направления дизайна и функциональности.

В перспективе развитие метода двойного света и гибридных смол может изменить подход к изготовлению протезов, позволяя создавать более комфортные и долговечные изделия, которые лучше адаптируются к движениям и нагрузкам человеческого тела. Медицинские устройства получают возможность быть одновременно прочными и мягкими, имитируя сложные биологические структуры. В робототехнике и электронике печать с разной жёсткостью позволит создавать мягких роботов с естественной подвижностью, гибких сенсорных сеток и носимых систем с улучшенной эргономикой и сроком службы. В сочетании с развитием компьютерного моделирования и управляемого излучения двух типов света можно добиться точного контроля свойств на микроуровне, что выведет 3D-печать в принципиально новую эру высокого функционала и экологичности. Технология также влечёт за собой более устойчивое производство, поскольку позволяет создавать изделия с меньшими отходами и меньшим необходимым количеством материалов за счёт точного архитектурного проектирования каждой зоны твёрдости и эластичности.