近日，《Nature Communications》刊发了一项关于 3D 打印弹性体泡沫的突破性研究（DOI:10.1038/s41467-025-65434-3）。通过构建 “动态交联互穿网络”，成功解决了传统 3D 打印弹性体泡沫的 “高性能” 与 “可持续” 难以兼顾的难题 —— 制备出的泡沫材料不仅拉伸强度达5.5MPa、断裂伸长率超 500%，还能经多次热压重塑、重新发泡，为吸能减振、柔性传感等领域的材料升级提供了新路径。
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一、传统 3D 打印泡沫的 “痛点”：高性能与环保难两全
在运动鞋底、汽车防撞部件、柔性传感器等场景中，“轻量化 + 高弹性” 的多孔弹性体泡沫一直是研究热点。而 3D 打印技术的出现，让这类材料的复杂结构定制成为可能，但传统工艺始终面临三大难题：
首先是发泡兼容性差。常用的 Vat 光聚合 3D 打印（类似 “光固化”）能做出高精度结构，但打印材料交联密度过高，无法通过环保的超临界流体发泡形成微孔 —— 要么发泡失败，要么材料开裂。
其次是层间强度不足。熔融沉积成型（FFF）等工艺打印的部件，层与层之间只是物理堆叠，发泡时容易分层，导致力学性能 “各向异性” 严重，无法满足实际使用需求。
更关键的是环保性问题。传统造孔方法需要用大量有机溶剂或有毒小分子，不仅污染环境，还会在材料中残留，限制了其在医疗、食品接触等领域的应用。
如何突破这些瓶颈？研究团队将目光投向了 “动态化学键” 与 “超临界流体发泡” 的结合。
二、核心方案：用 “动态网络” 破解发泡难题
这项研究的巧妙之处，在于设计了一套 “能自我调节” 的材料体系，并用两步法实现了 3D 打印与发泡的融合。
第一步：定制 “可动态响应” 的光固化树脂
团队先合成了一种含 “受阻脲键（HUBs）” 的聚氨酯丙烯酸酯（PUA）低聚物 —— 这种化学键有个特殊能力：高温下会 “暂时解离”，降温后又能 “重新结合”。再加入胺类固化剂（PACM）和反应性稀释剂（2-EHA），就制成了流动性好、易打印的光固化树脂。
第二步：3D 打印 + 超临界流体发泡，构建 “互穿网络”
先用 Vat 光聚合 3D 打印出晶格结构（比如钻石晶格、Gyroid 晶格），此时材料形成初步的动态交联网络；接着将打印件放入超临界流体发泡设备，通入 N₂/CO₂混合气体：
高温下，受阻脲键（HUBs）解离，释放出异氰酸酯基团（NCO）；
这些基团立刻与胺类固化剂（PACM）反应，形成长长的聚氨酯 / 聚脲分子链；
最终，这些长链与原有的交联网络 “交织” 在一起，形成 “动态交联互穿网络”。
这个网络既降低了材料的交联密度，让超临界流体能顺利扩散形成微孔，又保留了足够的弹性，避免发泡时开裂 —— 完美解决了传统材料的痛点。
第三步：优化发泡气体，解决 “收缩难题”
纯 CO₂虽然发泡效率高，但扩散太快，材料冷却后容易收缩；纯 N₂溶解度低，发泡效果差。团队通过实验发现，当 N₂:CO₂=12:8 时，既能保证微孔均匀，又能让发泡后的材料长期稳定，膨胀比可达 4.4。
三、性能有多强？数据和图表说话
研究最亮眼的地方，在于材料同时具备 “高强度”“高弹性” 和 “可回收” 三大优势，每一项都有扎实的数据支撑：
1. 力学性能：拉伸、回弹、抗疲劳样样行
优化后的 PUE-4 泡沫（PACM 含量 4%），在电子显微镜下能看到均匀无裂纹的闭孔结构。
力学测试显示：
拉伸强度达 5.5MPa，断裂伸长率 510.8%—— 意味着材料能被拉长 5 倍多还不断；
落球回弹率 67.5%，残余应变仅 1.7%—— 就像优质橡胶，按压后几乎能完全恢复；
经过 50 次压缩循环后，仍能保留 96% 的初始最大压缩应力—— 长期使用也不易老化。
对比传统 3D 打印泡沫，这种材料的综合性能提升显著，尤其适合做需要反复受力的部件，比如运动鞋底、减振垫。
2. 可回收性：热压后 “满血复活”
得益于受阻脲键的动态特性，这种泡沫材料还能 “变废为宝”：
将泡沫破碎后，在 130℃、2MPa 下热压 20 分钟，就能重新制成固体弹性体；
重新成型的材料，拉伸强度反而提升到 8.9MPa，断裂伸长率 965.5%—— 比原始泡沫还强；
更神奇的是，重新成型的弹性体还能再次发泡，形成均匀的闭孔结构（图 6f），经 50 次压缩循环后，残余应变仅 5.1%。
这种 “打印 - 发泡 - 回收 - 再打印” 的闭环，让材料真正实现了 “可持续”，大大降低了生产成本和环境负担。
四、未来可期：这些领域将迎来新应用
这项研究不仅提供了一种新材料，更开创了 “动态交联互穿网络 + 3D 打印 + 超临界流体发泡” 的新方法，未来在多个领域都有潜力：
运动装备：安踏（研究参与方之一）可利用这项技术制造更轻、更弹、更耐用的鞋底；
汽车工业：用于车身吸能部件，提升碰撞安全性；
柔性电子：多孔结构适合做压力传感器的基底，兼顾灵敏度和柔韧性；
生物医药：环保无残留的特性，可能用于组织工程支架。
当然，研究也指出了未来的改进方向 —— 材料在持续受力下会有轻微蠕变，后续可通过调整分子结构进一步优化，让它在精密仪器等场景中也能发挥作用。
参考文献：
Peng, S., et al. Dynamically crosslinked-interpenetrating networks for sustainable 3D-printed elastomeric foams. Nat Commun 16, 10456 (2025).