3D打印技術取得新突破：低成本制造高仿真人體手部模型

CRAFT技術通過單一模型模擬骨骼、韌帶與肌肉的復雜連接，為醫學教學提供優于大體標本的替代方案。

研究人員開發出一種名為"熱塑性塑料增材制造結晶度調控技術"（CRAFT）的新型3D打印方法。該技術使用單一廉價材料，就能在像素級別調控三維物體的機械特性（如硬度）與光學特性（如透明度）。得克薩斯大學奧斯汀分校與桑迪亞國家實驗室的團隊設計的這種方法，能將普通廉價液體變成"材料變色龍"。

研究團隊甚至成功打印出高度仿真的人手模型。"我們能在三維空間控制分子排列，從而徹底改變材料的機械與光學特性，"得克薩斯大學化學系副教授扎克·佩奇表示，"僅通過調節光照強度，就能用極其簡單廉價的原料實現這一切。其核心原理的簡潔性令人振奮。"

這項光控特性技術通過商用3D打印機投射不同光強圖案，將常見的環辛烯液態樹脂轉化為復雜固體。通常情況下，環辛烯只是普通塑料，但研究團隊發現，通過灰度圖像精確調控光照強度，可在材料固化過程中控制其"分子排列"。調節光照強度可使物體相鄰區域分別呈現堅硬透明與柔軟渾濁的不同特性。

該技術最直接的應用將體現在醫學院校。目前醫學生進行復雜手術練習依賴大體標本，但這類標本成本高昂、來源稀缺且存在倫理爭議。另一種替代方案是塑料模型，但其觸感與真實人體組織相去甚遠。CRAFT技術通過在單一模型中模擬骨骼、韌帶和肌肉的精密連接，提供了更優解決方案。研究人員已成功使用單一材料打印人手，精確調控出皮膚、韌帶、肌腱和骨骼的不同質感。

現有高端3D打印機往往難以融合不同材料，導致連接處結構易損。但CRAFT能實現類天然人體組織的漸變過渡，為醫學生提供兼具真實性與耐用性的練習模型，且無需承擔生物標本的高成本和物流挑戰。

除醫療領域外，CRAFT還能制造用于頭盔、裝甲等裝備能量吸收的"仿生"材料，以及隔音材料。自然界之所以堅韌（如樹皮），在于其剛柔相濟的層狀結構，CRAFT通過類似原理創造出能吸收沖擊和振動而非斷裂的材料。

相較于以往技術，CRAFT使用更簡單的樹脂和標準設備，雖未實現完全可回收，但支持可持續發展——打印物體可熔化或溶劑溶解后重塑新形態，顯著減少材料浪費。"與此技術兼容的DLP或LCD 3D打印機是目前市場上最廉價的機型，"佩奇指出，"只需花費1000美元甚至更低價格，就能獲得具備灰度投影功能的打印機并立即投入生產。"

此項研究獲得美國能源部、國家科學基金會和羅伯特·A·韋爾奇基金會支持，研究成果已于1月29日發表于《科學》期刊。

如果朋友們喜歡，敬請關注“知新了了”！