港中大造出"无空隙"实体硅胶,助力消除3D打印阶梯效应_formnext深圳3D打印展

如何制造出既具有复杂几何构型还保持高致密度的实体硅胶模型，在软体机器人与生物医学工程飞速发展的当下，是困扰业界的难题。
香港中文大学机械系联合英国曼彻斯特大学、中科院、英国诺丁汉Trent大学在2026年1月16日，提出了一项突破性的解决方案——机器人辅助多轴嵌入式硅胶打印系统（Multi-axis Embedded Silicone Printing, ESP）。
通过创新的曲面切片算法与交错路径规划，该项研究成功消除了传统3D打印的阶梯效应，将软体模型的填充率提升至99.47%，推动了个性化医疗辅具与高性能软体机器人的发展。
因卓越的耐热性、绝缘性以及与人体组织高度相似的生物相容性，硅胶材料成为制造人工组织、可穿戴设备及软体机器人的首选材料。但是想制造出形状复杂的硅胶实体却不简单，传统的模具铸造工艺虽成熟，但在面对复杂的拓扑结构或倒扣特征时，往往需要设计极其昂贵且繁琐的多部件模具，且无法满足个性化定制的需求。
直写式3D打印（DIW）就是为解决这一问题而生的，但在打印低粘度硅胶时，材料极易因重力塌陷。随后出现的嵌入式打印（ESP）技术，即在凝胶状的支撑基质中进行打印，虽解决塌陷问题，却在制造实体体积模型时遭遇了新的瓶颈。即当前的ESP技术主要依赖传统的三轴打印机和平面切片策略，在处理曲面时，不可避免地会产生粗糙的阶梯效应，导致模型表面精度极差。而且由于硅胶墨水与支撑基质互不相溶，在打印大体积实体时，层与层之间的重叠往往导致墨水堆积或产生内部空隙，极大削弱成品的机械性能。
打破平面打印的局限的同时，实现高保真、高致密的软体制造成为了该领域亟待攻克的难题。
香港中文大学团队为克服以上挑战，摒弃传统的平面思维，开发了一套软硬件深度融合的机器人辅助多轴打印框架。这项研究的核心在于利用六自由度机械臂的灵活性，配合先进的计算制造算法，实现了从“二维堆叠”向“三维随形”的跨越。

3D打印除了阶梯效应，还有哪些难点亟待克服？
除了阶梯效应，3D打印还面临材料局限、强度缺陷、翘曲变形、后处理繁琐、生产效率低、
质量控制难等难点。
材料局限：
可用材料种类少，高性能材料（如镍基高温合金）打印易开裂，且成本高昂。
强度缺陷：
层间结合力弱导致各向异性，Z轴方向强度低，影响结构完整性。
翘曲变形：
大尺寸打印中因冷却不均导致材料收缩翘曲，影响精度。
后处理繁琐：
需人工去除支撑、打磨，耗时且增加成本。
生产效率低：
逐层打印速度慢，不适合大规模量产。
质量控制难：
重复性差，需严格校准与实时监控以确保一致性。

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来源：广州光亚法兰克福展览有限公司

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