3D打印柔性材料迎来新突破：不仅要柔软，还要强韧耐磨！

一个柔性树脂打印件刚从后固化箱里拿出来时，通常很难看出问题。能弯，能压，松手就回弹。

麻烦往往在后面出现：反复弯折之后边缘发白、开裂；和另一个表面持续摩擦，表层慢慢起毛、掉屑；长时间受压，回弹变得迟缓。对柔性零件来说，“能变形”只是入场条件，“变形很多次之后还完好”才是工程上真正要回答的问题。

在光固化弹性体里，强度、韧性和耐磨性并不容易同时兼顾。2026年9月24日，中国科学院官网介绍了兰州化学物理研究所的一项研究。研究团队没有在配方里简单“加硬”，而是从材料内部的分子连接方式下手。论文发表于国际期刊《Aggregate》，题为“Mechanically Robust and Wear-Resistant 3D-Printable Polyurethane Elastomers Through UPy-Based Supramolecular Reinforcement”。

成形靠交联，受力时也可能被交联限制

光固化打印的基本过程，是液态树脂在光照下发生聚合和交联，由液体变成固体，再逐层形成零件。稳定的交联网络为零件提供形状保持和承载能力。

问题在于，化学交联键相对稳定。分子链被一个个固定点约束之后，受力时不容易通过滑移、重排去分担载荷，应力可能集中在局部，裂纹也可能从那里开始。反过来把交联做得稀疏一些，材料是软了，成形稳定性和强度又可能跟着受影响。

论文作者把传统光固化弹性体的脆性和耐磨性不足，列为这项工作要解决的核心问题。说到底，材料需要两种看似矛盾的能力：打印时被可靠地固定，受力时又有“让一步”的余地。

UPy：一种可以松开、还能重新扣上的连接

研究团队的做法，是在同一种材料里构建两套协同工作的网络。

第一套是共价光交联网络，负责零件的整体形状和结构稳定。第二套由UPy基元构成。UPy即脲基嘧啶酮类基元，两个UPy单元可以通过四个氢键彼此配对，形成自互补二聚体。氢键属于非共价相互作用，具有可逆性。研究中，UPy基元被引入聚氨酯主链。

可以把共价交联想象成焊点，把UPy二聚体想象成卡扣。材料被拉伸时，部分动态连接可以解离，参与能量耗散，也给分子链留出重新排列的空间，减轻局部应力集中。动态氢键能够解离、再结合，是超分子材料研究中被广泛利用的特性；在这项工作里，研究团队借助它来促进分子链重排和能量耗散。

团队还观察到，UPy形成二聚体后，弹性体内部的氢键密度提高，网络结构更加稳定。小角X射线散射（SAXS）结果显示，性能提升并不只是因为硬段含量增加，而是硬相聚集与动态四重氢键共同作用的结果。

这一点对理解材料设计很关键。聚氨酯里，软段提供弹性，硬段聚集形成的微区有助于承载。想让材料更强，简单提高硬段含量可能会牺牲部分柔韧性。这项研究表明，强度还可以通过动态超分子作用与微相结构的协同设计来提升。

实验数据：四个数字要放在一起看

按照中国科学院发布的信息，研究中的优化聚氨酯弹性体测得：

拉伸强度 26.84 MPa；韧性 38.60 MJ/m³；杨氏模量 34.41 MPa；磨损率低至 3.62×10⁻⁶ mm³/(N·m)。

这几项指标各说明一件事。拉伸强度是试样能承受的最大拉伸应力；韧性指单位体积材料在断裂前能够吸收的能量；杨氏模量反映弹性阶段的刚度；磨损率是单位载荷、单位滑动距离对应的体积损失，在同一试验体系和条件下，数值越低通常意味着耐磨表现越好。

研究的意义在于多项性能同时得到改善，而不是某一项单独突出。论文还报告，在采用滑液作为润滑介质的球—盘往复摩擦测试中，优化样品HMPU-3在5 N载荷下的摩擦系数低至0.045。

这些数据来自研究团队制备的特定试样，在特定测试方法和条件下获得。市面上柔性树脂的技术参数表，测试标准、试样形状和后固化条件往往各不相同，不能直接横向对比，更不能据此推断任何商品树脂可以达到同样水平。

人工半月板：展示了成形能力，但不是植入产品

为了展示材料的结构制造能力，研究团队用光固化打印制作了一个人工半月板模型。

选择半月板并非偶然。半月板在膝关节中参与载荷传递与应力分散，工作时还要经受接触和摩擦。理想的候选材料需要兼顾承载、形变与摩擦性能，正好对应这项研究关注的性能组合。

这个模型属于科研概念验证。研究中展示了材料和模型的实验结果，但不意味着该模型已通过临床验证或可作为获批植入产品使用。

放到柔性打印的现场来看

中国科学院在发布中提到，光固化打印聚氨酯弹性体在柔性电子、生物医疗器械和软体机器人等方向有应用潜力。

放到更广的柔性打印场景里，这种思路同样有参考价值。鞋中底和鞋垫里的晶格结构、设备上的缓冲垫和柔性连接件、软体机器人的抓取指，共同点是要长期承受反复压缩、弯折或摩擦，单看初始硬度或一次拉伸数据，判断不了它们能用多久。不过，这项研究并未测试鞋类或这些具体工业零件，以上只是从材料设计思路出发的延伸讨论。

从实验室配方走到稳定打印，中间还有一长串问题要回答。树脂黏度是否适合连续成形，光固化反应窗口能否与设备光源和曝光参数匹配，层间结合是否足够牢固，柔性件清洗时怎样避免残液滞留，后固化程度又会怎样影响最终性能。打印方向和支撑位置，也可能让同一种材料做出的零件表现不同。

对正在评估柔性树脂打印方案的团队，Yidimu建议把材料、设备曝光、结构设计、清洗和UV后固化作为一个整体来验证，最终以实际打印零件的弯折、压缩、撕裂和磨损测试结果为准。本文介绍的是实验室研究材料，并非Yidimu现有树脂，文中数据也不代表Yidimu产品的性能。

柔性光固化打印走到今天，复杂形状已经不是唯一的难题。材料能在多少次弯折、多长的摩擦距离之后保持完好，正在成为更重要的工程考量。兰州化物所这项工作给出的，是一条从分子连接入手的路径：不靠单纯加硬，而是让材料在受力时有地方“松一下”。

打印出一个柔软的零件不难，难的是它被用了很久以后，依然可靠。