在3D打印领域，多材料打印一直是研究的热点方向，但如何让同一打印结构的不同区域同时具备刚性和柔性，仍然是一个技术难题。浙江大学研究团队近日提出了名为WeavePrint的多材料编织式3D打印技术，通过模拟编织工艺中纱线的交织方式，成功制造出刚柔并济的复合材料结构。
编织式设计破解材料力学的两难命题
在自然界中，刚性和柔韧往往被视为一对矛盾体。刚性的材料能够提供稳定的结构支撑，但缺乏柔韧性和抗冲击能力；柔韧的材料能够吸收能量、适应复杂形状，但结构强度相对不足。纺织工业中的编织工艺巧妙地解决了这一矛盾：通过将经线和纬线按照特定规律交织，使最终的面料同时具备强度和柔韧性。
WeavePrint的核心思想正是将这种编织理念引入3D打印领域。研究团队不满足于简单的多材料分层打印，而是开发出一种能够精确控制刚性材料和柔性材料空间交织的打印方法。在打印过程中，打印路径被设计成编织图案，刚性材料作为骨架结构提供支撑，柔性材料作为缓冲和连接介质赋予整体结构韧性。
技术原理与实现路径
WeavePrint采用双喷头FDM打印系统，一个喷头挤出刚性材料（如 PLA -CF碳纤维增强材料），另一个喷头挤出柔性材料（如 TPU 热塑性聚氨酯弹性体），通过定制化的G-code控制两个喷头交替运动，在每一层中形成类似纺织编织的交织图案。
研究人员设计了多种编织拓扑结构，包括平纹编织、斜纹编织和缎纹编织，不同的编织方式赋予打印件不同的力学性能。实验结果显示，采用WeavePrint技术打印的试件在拉伸强度、抗冲击性能和断裂韧性方面均显著优于传统同层多材料打印方式。
尤为突出的是，WeavePrint打印的复合结构在受到外部冲击时不会发生脆性断裂，柔性材料层能够有效吸收冲击能量，阻止裂纹扩展。这种特性对于制造抗冲击保护装置和柔性承力结构具有重要价值。
应用前景与产业化潜力
WeavePrint技术的应用前景十分广阔。在软体机器人领域，刚柔结合的结构可以制造出既有足够支撑力又能灵活变形的机器人关节和肢体。在柔性电子领域，编织式结构可以在保持电路完整性的同时提供机械柔性，为可穿戴设备的制造提供了新的解决方案。
在体育运动防护领域，WeavePrint技术可以定制化生产个性化的护具和缓冲垫，根据不同运动项目的冲击特点进行优化设计。在建筑和家具制造领域，刚柔并济的编织式结构可以创造出传统制造工艺无法实现的新型美学效果。
浙江大学团队表示，团队正在进一步优化打印参数和材料配方，探索更多编织拓扑结构，同时与合作企业探讨产业化落地的路径，推动WeavePrint技术从实验室走向实际应用。
来源：南极熊3D打印网