Page 77 - 《橡塑技术与装备》2019年14期（7月下半月塑料版）

中外动态

Roberts,Gregory Dreifus，Christoph Meier 和 Lei
Liu，以及 Sun Jae 机械工程教授 Neville Hogan 和机
械工程副教授 A.John Hart。
该团队的网眼灵感来自于柔韧、舒适的面料。
“3D 打印的服装和设备往往非常笨重，我们试图探索
如何使 3D 打印产品更加灵活和舒适，如纺织品和织
物 ”Pattinson 说。
Pattinson 在胶原蛋白中找到了更多的灵感，胶原
蛋白是构成身体大部分软组织的结构蛋白，存在于韧
带、肌腱和肌肉中。在显微镜下，胶原蛋白可以像弯
曲、交织的线，类似于松散编织的弹性带。这种胶原
蛋白最初很容易拉伸，因为它的结构中的扭结会变直。
3D 打印柔性聚氨酯网状物助推 但是一旦绷紧，就难以持续拉伸。
产业发展 受胶原蛋白分子结构的启发，Pattinson 设计了波
3D printing flexible polyurethane mesh promote industry 浪纹图案，使用热塑性聚氨酯作为印刷材料进行 3D
development
打印。然后，他制作了一个网状配置，类似于弹性但
由 3D 打印的助听器、牙冠和义肢被用来为个体 坚韧、柔韧的面料。他设计的波形越高，网格就越能
患者进行数字化设计和定制的医疗设备。然而，这些 在低应变下拉伸，然后变得更加僵直。这一设计原则
装置常被设计成替换或支撑身体的骨骼和其他刚性部 可以帮助定制网格的柔韧度并帮助它模仿软组织。
分，并且通常由非柔性材料制造。 研究人员打印了一条长条状的网状物，测试了它
现在，MIT 的工程师们设计了柔韧的 3D 打印网 对几名健康志愿者脚踝的支撑。对于每个志愿者，该
状材料，它具有灵活性和韧性，可以模拟和支撑肌肉 团队沿着脚踝外侧的长度黏贴一条带，如果它向内
和肌腱等柔软组织，工程人员可以定制每个网格中复 转，他们预测会支撑脚踝。然后他们将每个志愿者的
杂的结构，他们希望这类坚韧而有弹性的织物状材料 脚踝放入一个由 Hogan 实验室开发的脚踝僵硬测量机
被用作个性化的可穿戴支撑设备（如脚踝或膝盖支撑 器人 ——Anklebot。Anklebot 在 12 个不同的方向上
设备）甚至可植入的设备（如疝气网）以便更好地适 移动他们的脚踝，然后测量每次运动时脚踝施加的力，
配病人需求。 通过对比试验了解网状物如何影响踝部在不同方向上
作为演示，该团队制备了一个柔韧的网状物，用 的刚度。
于脚踝支架。他们调整了网状物的结构，以防止脚踝 他们发现网状物一般在反转期间增加了踝关节的
向内转 — 这是造成伤害的常见原因 — 同时允许关节 刚度而在向其他方向移动时使其相对不受影响。
在其他方向上自由移动。研究人员还制作了一种膝盖 “ 这种技术的优点在于其简洁性和多功能性。网
支架设计，即使在弯曲时也能与膝盖保持一致。他们 格可以在基础的桌面 3D 打印机上制作，并且可以定
还制造了一种手套，在其顶部表面缝有三维印刷网眼， 制机制以精确匹配软组织 ”Hart 说。
与佩戴者的指关节相契合，可抵抗中风后可能发生的 该团队的脚踝支架采用有一定弹性材料制成。但
无意识咬合。 是对于其他应用，例如可植入的疝网，可能需要更硬
“ 这是一项创新型的研究，因为它能满足软组织 且合适的材料。为此，该团队开发了一种方法，通过
支撑对机械性能和几何形状的要求 ”MIT 的博士后研 在弹性网格区域上加入不锈钢纤维，将更坚硬的纤维
究人员 Sebastian Pattinson 说。 和线材结合到柔韧的网状物中提高材料硬度，然后在
Pattinson 现在是剑桥大学的教师，是发表在 钢材上加入第三弹性层。将较硬的线夹入网中。
《Advanced Functional Materials》上一项研究的主要 刚性和弹性材料的组合可以使网状物能够容易地
作者。他在 MIT 研究的合著者包括 Meghan Huber， 伸展到一定程度，之后它开始变硬，提供更强的支撑
Sanha Kim,Jongwoo Lee,Sarah Grunsfeld,Ricardo 以防止肌肉过度训练等情况的发生。

年
2019 第 45 卷 ·59·