摘要
传统制造业中，弹性体与硬质材料的结合受制于模具与装配工艺，而工业级 3D 打印的多材料喷射技术通过像素级材料控制突破了这一困境。以 Stratasys PolyJet 为代表的技术，通过微喷嘴阵列喷射硬质树脂（如类 ABS）、弹性体树脂（邵氏 30A-90A）及可溶性支撑材料，经紫外光固化实现微米级混合，例如德国医疗企业的假肢已实现弹性体外层与硬质蜂窝骨架的一体化成型。 该技术在工业领域实现三大突破：功能梯度材料控制（如 NASA 机器人抓取器的硬度渐变设计）、复杂内腔一体成型（宝马车门缓冲层能量吸收效率提升 25%）、生物医学仿生（瑞士人工关节的 PMMA 与水凝胶界面）。尽管面临材料收缩率兼容等挑战，AI 材料优化、CLIP 超高速固化等技术正推动行业发展，预计 2028 年多材料 3D 打印市场规模将突破 120 亿美元，重塑工业设计边界。
产品介绍
弹性体 + 硬质材料全能混打：工业级3D打印如何实现「软硬一体」革命
在传统制造业中，弹性体（如硅胶、TPU）与硬质材料（如ABS、尼龙）的结合往往需要复杂的模具、装配或粘接工艺。而随着多材料喷射（Multi-Material Jetting）技术的突破，工业级3D打印正在颠覆这一范式——通过像素级材料控制，实现“软支撑+硬结构”的一体化成型，为医疗器械、机器人、汽车等领域带来的设计自由度。
一、多材料喷射：从“单色打印”到“全彩混搭”
多材料喷射技术的核心在于高精度打印头阵列与智能材料切换系统。以Stratasys的PolyJet技术为例，其采用类似喷墨打印的原理，通过数百个微喷嘴同时喷射不同特性的光敏树脂：
- 硬质材料：如类ABS的刚性树脂，用于承重结构；
- 弹性体材料：如邵氏硬度30A-90A的柔性树脂，模拟橡胶或软组织；
- 支撑材料：可溶性凝胶，复杂空腔结构的临时支撑。
这些材料在紫外光照射下瞬间固化，通过逐层堆叠实现微米级混合。例如，德国一家医疗企业利用该技术打印的假肢，外层为柔软触感的弹性体，内部骨架为轻量化蜂窝状硬质结构，患者佩戴舒适度提升40%。
二、工业级应用的三大突破
1. 功能梯度材料（FGM）的控制
通过调整两种材料的混合比例，可制造出硬度连续过渡的部件。美国NASA开发的太空机器人抓取器，指尖部分采用100%弹性体确保抓握摩擦力，而根部渐变至80%硬质材料保证结构强度，避免了传统拼接的应力集中问题。
2. 复杂内腔的一体成型
传统注塑无法实现的内部减震结构，如今可通过多材料打印直接完成。宝马概念车的车门缓冲层采用3D打印的弹性体晶格+刚性框架，碰撞测试中能量吸收效率提高25%，且重量减轻15%。
3. 生物医学的仿生突破
瑞士苏黎世联邦理工学院通过混合硬质PMMA与柔性水凝胶，模拟人体关节的软骨-骨骼界面，打印的植入物在动物实验中展现出优异的生物相容性。这种“软硬界面”的仿生设计，为人工器官研发提供了新思路。
三、技术挑战与未来趋势
尽管前景广阔，多材料喷射仍面临材料兼容性与后处理效率的瓶颈。例如，弹性体与硬质材料的收缩率差异可能导致界面分层，需开发新型改性树脂。行业正在从三个方向突破：
- AI驱动的材料配方优化：通过机器学习预测混合材料性能，减少试错成本；
- 超高速固化技术：如Carbon的CLIP工艺，将打印速度提升至传统技术的100倍；
- 原位性能检测：集成红外光谱等实时监控手段，确保每一层的材料性能达标。
据Wohlers Report预测，到2028年，多材料3D打印市场规模将突破$120亿，其中软硬混合部件占比超35%。从定制化假牙到航天器阻尼部件，这场“软硬一体”的制造革命，正在重新定义工业设计的边界。
