懷俄明大學(xué)獲NSF約19萬(wàn)美元資助，用于破解軟材料3D打印"扭曲斑點(diǎn)"技術(shù)難題

2025年8月18日，南極熊獲悉，懷俄明大學(xué)機(jī)械工程系助理教授Daniel Rau獲得了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）頒發(fā)的約19萬(wàn)美元資助，旨在解決軟材料光聚合彈性體3D打印過(guò)程中出現(xiàn)的“扭曲斑點(diǎn)”問(wèn)題，致力于開(kāi)發(fā)更穩(wěn)定、實(shí)用的軟材料打印技術(shù)。

△Daniel Rau獲得資助用于研究改進(jìn)軟材料3D打印的方法

Daniel Rau于2024年秋季正式加入懷俄明大學(xué)機(jī)械工程系，并成立了增材制造實(shí)驗(yàn)室（RAM實(shí)驗(yàn)室）。Rau的研究項(xiàng)目名為“通過(guò)深入了解工藝動(dòng)力學(xué)，改進(jìn)軟彈性體的真空光聚合 3D 打印”。他表示：“這種特殊的增材制造工藝涉及一種非常獨(dú)特的材料，叫做光聚合物。它們是液態(tài)的；用紫外線照射它們，想象一下非常強(qiáng)烈的陽(yáng)光，它們就會(huì)凝固。但我們對(duì)從液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程究竟是如何發(fā)生的，還有很多疑問(wèn)。我們的材料非常柔軟，我們認(rèn)為其中存在一些獨(dú)特的現(xiàn)象，所以我們正在進(jìn)行測(cè)量來(lái)探究�！�

△研究人員在Daniel Rau的增材制造實(shí)驗(yàn)室中演示了軟3D打印材料測(cè)試樣品的壓縮性

采用X射線解密軟材料3D打印固化過(guò)程

要更好地理解打印過(guò)程，需要采用兩種新方法：光流變學(xué)和X射線光子相關(guān)光譜法（XPCS），以便更深入地研究光聚合物固化過(guò)程中的粘附過(guò)程。對(duì)于后者的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，Rau正在與紐約長(zhǎng)島布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)團(tuán)隊(duì)合作。Rau將利用布魯克海文2.5公里長(zhǎng)的同步加速器將X射線加速到打印材料上，以便對(duì)固化過(guò)程中發(fā)生的事情進(jìn)行非常局部的了解。

基于這些實(shí)驗(yàn)所得的見(jiàn)解，Rau打算制作一本類似“食譜”的書，其中包含一些配方，可以幫助定制軟材料的制造工藝。成功運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)對(duì)日常生活產(chǎn)生巨大影響，尤其是在生物醫(yī)學(xué)行業(yè)。

Rau表示：”潛力巨大。你知道，人體非常柔軟，因此它傾向于偏好柔軟的材料，無(wú)論是植入物還是可穿戴設(shè)備。再比如，如果你想要一雙更舒適的跑鞋，或者一個(gè)更先進(jìn)的橄欖球頭盔，能有效預(yù)防腦震蕩。通過(guò)3D打印技術(shù)，我們可以創(chuàng)造出獨(dú)特的幾何形狀和桁架結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)實(shí)際上能夠吸收沖擊力。結(jié)合3D打印和材料科學(xué)的優(yōu)勢(shì)，我們相信能夠?qū)崿F(xiàn)卓越的性能。因此，我認(rèn)為這就是軟材料變革潛力的所在�！�

總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)關(guān)于光聚合彈性體3D打印技術(shù)的突破有望為軟材料制造帶來(lái)進(jìn)一步的研究思路。未來(lái)，該技術(shù)或?qū)⒃谏�物醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)裝備及柔性電子等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)個(gè)性化醫(yī)療、高性能防護(hù)設(shè)備等創(chuàng)新應(yīng)用的發(fā)展。