CRAFT技術(shù)通過單一模型模擬骨骼、韌帶與肌肉的復(fù)雜連接，為醫(yī)學(xué)教學(xué)提供優(yōu)于大體標(biāo)本的替代方案。

研究人員開發(fā)出一種名為"熱塑性塑料增材制造結(jié)晶度調(diào)控技術(shù)"（CRAFT）的新型3D打印方法。該技術(shù)使用單一廉價材料，就能在像素級別調(diào)控三維物體的機(jī)械特性（如硬度）與光學(xué)特性（如透明度）。得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校與桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)設(shè)計的這種方法，能將普通廉價液體變成"材料變色龍"。

研究團(tuán)隊(duì)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(jī)械與光學(xué)特性，"得克薩斯大學(xué)化學(xué)系副教授扎克·佩奇表示，"僅通過調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度，就能用極其簡單廉價的原料實(shí)現(xiàn)這一切。其核心原理的簡潔性令人振奮。"

這項(xiàng)光控特性技術(shù)通過商用3D打印機(jī)投射不同光強(qiáng)圖案，將常見的環(huán)辛烯液態(tài)樹脂轉(zhuǎn)化為復(fù)雜固體。通常情況下，環(huán)辛烯只是普通塑料，但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過灰度圖像精確調(diào)控光照強(qiáng)度，可在材料固化過程中控制其"分子排列"。調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度可使物體相鄰區(qū)域分別呈現(xiàn)堅硬透明與柔軟渾濁的不同特性。

該技術(shù)最直接的應(yīng)用將體現(xiàn)在醫(yī)學(xué)院校。目前醫(yī)學(xué)生進(jìn)行復(fù)雜手術(shù)練習(xí)依賴大體標(biāo)本，但這類標(biāo)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(shí)人體組織相去甚遠(yuǎn)。CRAFT技術(shù)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(yōu)解決方案。研究人員已成功使用單一材料打印人手，精確調(diào)控出皮膚、韌帶、肌腱和骨骼的不同質(zhì)感。

現(xiàn)有高端3D打印機(jī)往往難以融合不同材料，導(dǎo)致連接處結(jié)構(gòu)易損。但CRAFT能實(shí)現(xiàn)類天然人體組織的漸變過渡，為醫(yī)學(xué)生提供兼具真實(shí)性與耐用性的練習(xí)模型，且無需承擔(dān)生物標(biāo)本的高成本和物流挑戰(zhàn)。

除醫(yī)療領(lǐng)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?cè)嵯酀?jì)的層狀結(jié)構(gòu)，CRAFT通過類似原理創(chuàng)造出能吸收沖擊和振動而非斷裂的材料。

相較于以往技術(shù)，CRAFT使用更簡單的樹脂和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，雖未實(shí)現(xiàn)完全可回收，但支持可持續(xù)發(fā)展——打印物體可熔化或溶劑溶解后重塑新形態(tài)，顯著減少材料浪費(fèi)。"與此技術(shù)兼容的DLP或LCD 3D打印機(jī)是目前市場上最廉價的機(jī)型，"佩奇指出，"只需花費(fèi)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(jī)并立即投入生產(chǎn)。"

此項(xiàng)研究獲得美國能源部、國家科學(xué)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(fā)表于《科學(xué)》期刊。

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