自修復3D打印材料可以延長產品使用壽命
南加州大学维特比工程学院的一群研究人员成功研制出了一种具备自修复功能的3D打印橡胶材料，这种材料能够实现快速制造，当它出现破裂或者被刺穿的情况时，具备自我修复的能力。该材料的问世，将为鞋类、轮胎、软机器人乃至电子设备制造等多个领域带来变革的机遇，既能够缩短产品的制造时间，又能延长产品的使用寿命。
这种新型材料是采用基于光聚合的3D打印方法来制造的，具体而言，就是借助光的作用，将液态的树脂材料固化成预先设计好的图形或形状。在3D打印过程中，使用的是含有硫醇和二硫化物基团的弹性体油墨。其中，硫醇基团在增材制造的过程中，会促进硫醇 - 烯的光聚合反应；而二硫化物基团则在自愈合的过程中，实现二硫化物的复分解反应。研究人员经过探索发现，在光聚合反应过程中添加氧化剂，硫醇就会开始转化为二硫化物化学基团。二硫化物在材料破碎时能够进行改造和重组，进而实现自我修复。
研究人员特别指出，这两组材料之间的比例是决定材料能否具备自修复能力的关键因素。当氧化剂逐渐增多时，材料的自愈行为会增强，但光聚合行为会减弱，这两种行为之间存在着相互竞争的关系。
研究人员经过不懈努力，找到了能够实现高度自我修复和相对快速光聚合的比例，并开展了相关试验。试验结果显示，在短短5秒钟内，就能够打印出一个17.5毫米的正方形，大约20分钟可以完成整个物体的打印。而且，这种材料在受损后，能够在几个小时内自行完成修复。研究人员还展示了这种材料在一系列产品上的性能表现，涵盖了鞋垫、软机器人、多相复合材料以及电子传感器等。经过验证，仅仅通过升高温度，就能够减少材料的愈合时间。例如，该材料在被切成两半后，放置在60℃的环境中两小时，就可以完全愈合，并且其强度和功能都能保持不变。
研究人员进一步指出，在不同的温度条件下（40℃ - 60℃），材料的愈合率接近100％。通过调节温度，就可以控制材料的愈合速度。即便是在室温环境下，材料依然能够进行自我修复。在成功实现3D可印刷软质材料的自修复功能后，研究人员目前正在开发其他不同硬度的可自愈合材料，范围从现有的软橡胶到刚性硬塑料，这些材料可应用于车辆部件、复合材料，甚至防弹衣等领域。
如果这种可自修复的3D打印材料能够顺利应用到各个领域，无疑将使各领域的制造成本进一步降低。以航空航天领域为例，当机翼或其他部位出现损坏时，按照传统制造业的要求，需要对整个机翼甚至更大面积进行更换修复，成本极高。而使用3D打印可修复材料，只需要对损坏的部位进行修复即可，能够大大降低这些高消耗行业的成本。
总体而言，3D打印技术在多个领域的研究和发展，必将在未来的几十年里改变诸多传统模式，推动社会发展，为人类的生活提供更多便利。
