近年来，许多大学研究项目通过增材制造开发多功能材料。例如，在医疗领域，创建能够再生器官或骨骼结构的织物以及设计先进的生物医学设备非常重要。同时，其他领域也在创造新的3D可打印材料，提供了广泛的应用潜力。

为了展示这一点，普林斯顿大学的Alice Fergerson和由Emily Davidson领导的工程师团队开发了一种能够采用不同柔韧性水平的塑料材料。这种材料由一类称为TPE的聚合物组成，使得设计和制造刚性可调的柔性3D打印结构成为可能。得益于3D打印，工程师能够控制这种材料的物理特性，使织物能够在同一方向上反复拉伸和弯曲，同时在另一个方向上保持刚性。

塑料材料的特性 普林斯顿大学工程团队选择的热塑性弹性体是一种在熔融时可以成型的嵌段共聚物。当它冷却时，它会固化成弹性结构。这种现象可以通过共聚物内部组分的行为来解释，这些组分由均聚物组成，在冷却时像油和水一样分离而不是混合。研究人员利用这一特性创造了一种由分散在弹性基体中的刚性圆柱体组成的材料，使材料在保持内部特性的同时保持柔性。

这种塑料材料的刚性圆柱结构厚度为5至7纳米，嵌入在弹性聚合物基体中。作为参考，一根人类头发的直径约为90,000纳米，而DNA螺旋约为1纳米。研究人员还研究了打印速度和受控材料挤出如何调节打印材料的物理特性。得益于3D打印，圆柱体可以在纳米级别定向，创造出在保持柔软、弹性区域的同时提供局部刚性的材料。

其自修复特性 这一过程最有趣之处在于塑料材料的热退火及其自修复特性。Fergerson解释说，热退火显著提高了材料在打印后的性能。这一过程使得实验室打印的物体可以多次重复使用，甚至在受损时能够自我修复。为了展示这些自修复特性，研究人员将打印材料的一个柔性样本切割并通过对退火进行修复。根据他们的观察，修复后的材料与原始材料没有明显区别。

Davidson指出，在其他环境中使用的类似材料价格昂贵且需要复杂的加工过程，例如受控挤出后进行紫外线处理。这些材料的价格约为每克2.50美元。相比之下，该项目中使用的热塑性弹性体成本仅为每克约一美分，并且可以使用商用3D打印机进行打印。这使得材料不仅经济实惠，而且易于实现低成本打印解决方案。

该项目的主要目标之一是开发具有局部可调机械性能的软材料，同时采用一种经济实惠且易于工业规模化的制造方法。Davidson认为，这种设计先进软材料的方法可以在软机器人、医疗设备、假肢和高性能定制鞋底等多个领域应用。研究团队的下一步将是创造新的3D可打印结构，以适应可穿戴电子设备和生物医学设备等应用。