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2025年5月22日，南极熊获悉，罗彻斯特理工学院(RIT)的研究团队开发了一种用于 3D 打印的自修复光聚合物系统，可在损坏后恢复机械性能，旨在提高可持续性并减少材料浪费。
研究团队由博士生 Vincent Mei 领导，并与 Kory Schimmelpfennig 和 Christopher L. Lewis教授合作，采用双相材料配方，可同时增强基于光聚合物的增材制造的耐用性和可修复性。
该项目是RIT最新研究重点，它提出了一种将自修复功能集成到高分辨率光固化3D打印工艺中的途径。此类材料可以减少航空航天和生物医学等高要求环境中零件更换的需求，从而降低成本并减少对环境的影响。
光聚合物创新助力可持续发展
光聚合物因其精度高且适用于复杂的几何形状，在增材制造中得到广泛应用。然而，传统的光聚合物往往易碎且易损坏，限制了在功能性或承重应用中的使用。通过将热塑性聚合物与传统的紫外光固化热固性树脂相结合，RIT 团队创造了一种可打印的共混物，它既能保持形状稳定性，又能通过热激活实现自修复。
这两种材料在打印过程中会形成均匀透明的树脂混合物。固化后，它们会分离成互锁相：热固性材料提供机械刚性，而热塑性材料可以重新熔化并流入裂缝或断裂处。冷却后，热塑性材料会重新固化，从而有效地密封受损区域。
△双相光聚合物策略，可实现机械增强、自修复和3D打印性能。这一配方整合了热固性和热塑性成分，以实现高分辨率SLA打印，并直观地演示了断裂恢复和打印保真度。图片来自RIT。
已证明的性能和应用
研究人员报告称，新型树脂配方在修复后几乎可以恢复全部原始机械强度，并且在某些情况下，与传统的光聚合物体系相比，表现出更高的韧性和强度。这些结果在航空航天、软机器人、涂料和医疗设备等领域尤为重要，因为这些领域的长使用寿命和可靠性至关重要。
1993年至2009年间，哈勃太空望远镜的五次维修任务耗资数十亿美元，凸显了可现场修复部件的潜在价值。RIT项目建议，在关键部件中使用自修复材料可以减少有效载荷需求，并实现更轻、更可持续的任务配置。
平衡可打印性和成形性能
尽管热塑性材料具有机械优势，但也给3D打印带来了挑战。研究团队目前正在改进树脂配方，以在易加工性、最佳修复性能和耐用性之间取得平衡。最终目标是开发出适用于SLA和DLP打印工作流程的商业化树脂系统。
这项研究为旨在扩展可打印材料功能的众多研究增添了新的内容。随着增材制造技术向更具可持续性和应用针对性的材料发展，自修复聚合物有望成为延长产品寿命和减少环境浪费的关键技术。
增材制造中的自修复材料
自修复材料在增材制造领域发展势头强劲，研究人员致力于通过嵌入可自主修复损伤的结构来解决易碎、一次性打印部件的局限性。代尔夫特理工大学最近的一项研究展示了一种热塑性聚氨酯 (TPU) 长丝，它在 FDM 打印后可在室温下自修复，无需后处理加热即可恢复机械完整性。这种 TPU 在软体机器人或柔性电子产品领域展现出巨大潜力，因为耐用性和易修复性对这些领域至关重要。
与此同时， 德克萨斯农工大学与美国陆军研究实验室合作，研发出用于打印结构的自修复可回收弹性聚合物。这些材料在加热后可以重新形成断裂的共价键，从而能够快速修复假肢或飞机部件等功能部件。
△联合研究团队开发了一系列可重复使用、自修复的弹性体3D打印材料（如图）。图片来自德克萨斯农工大学
早期的项目，例如南加州大学的3D 打印弹性体研究和墨尔本大学的自修复凝胶，强调了橡胶类材料和光学透明凝胶的修复潜力，不仅展示了可修复性，还展示了可穿戴设备和柔性电子产品的可能性。
另一种值得注意的方法来自 拉马尔大学，其中SLA 打印结构嵌入了充满治疗树脂的内部储存器；一旦破裂，胶状剂就会释放出来并在原位固化以恢复完整性，这是一种受仙人掌血管网络启发的仿生设计。
综上所述，这些进展凸显了多样化的战略格局，涵盖基于线材、树脂混合和结构性储层系统，所有这些战略都致力于打造高弹性打印部件。它们为RIT项目奠定了坚实的基础，该项目集成了一种热塑性/热固性双相光聚合物，能够同时进行高分辨率打印和热激活修复，为不断发展的可持续耐用增材制造材料生态系统增添新的内容。
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