Ученые из Техасского университета в Остине придумали, как печатать на 3D-принтере предметы, которые сочетают мягкость и жесткость — как кость и хрящ в человеческом теле. Их метод использует свет разного цвета, чтобы создавать объекты с разными свойствами в одной детали.

Результаты опубликованы в издании Nature Materials.

Это открытие может изменить производство протезов, медицинских устройств и гибкой электроники, которые будут двигаться так же естественно, как суставы.

Нас вдохновила природа, — говорит Зак Пейдж, руководитель исследования. — Например, кость твердая, а хрящ мягкий, но они идеально соединены. Мы попробовали повторить это.

Технология работает так: жидкая смола затвердевает под действием света. Фиолетовый свет превращает ее в эластичный материал, а ультрафиолет — в жесткий пластик. При этом оба материала прочно сцеплены, без слабых мест на стыке.

Уже напечатали работающий макет коленного сустава с гибкими связками и твердыми костями, а также растягивающуюся электронную схему с золотыми проводниками.

Самое удивительное — все заработало с первого раза, — признается Пейдж. — Мягкие части тянутся, как резина, а твердые не ломаются.

Метод быстрее и точнее аналогов, а оборудование доступное — его смогут использовать больницы, инженеры и даже учебные заведения.

Исследование решает ключевую проблему 3D-печати: хрупкие соединения разнородных материалов. Если технология масштабируется, это удешевит производство:

• Биомедицина: индивидуальные протезы, импланты с «умной» жесткостью.
• Электроника: гибкие датчики для мониторинга здоровья, износостойкие носимые устройства.
• Робототехника: мягкие захваты с твердыми элементами для точных манипуляций.

Главное преимущество — скорость и отсутствие постобработки.

Неясно, как метод поведет себя при печати крупных объектов или под нагрузкой: в статье тестировали только небольшие образцы. Также нет данных о долговечности интерфейсов между материалами при циклических деформациях — например, в суставе, который сгибается тысячи раз.

Ранее казанские ученые научились превращать напечатанное на 3D-принтере в исходное сырье для печати.