3D打印高发泡TPU新材料——足部矫形器轻量化新方向

近日，江苏贝森智能科技有限公司携手南京晓庄学院曹金星博士及其团队联合申报的产学研成果顺利获批，并同时发表了题为《3D打印高发泡TPU新材料研究及应用开发》的研究文章。本项目聚焦于3D打印TPU发泡材料的研发，旨在通过创新发泡工艺，实现高性能、可定制化材料的应用，为个性化医疗及高性能运动装备领域提供新的技术解决方案。

一.研究背景与目标

随着3D打印技术在医疗、运动装备及鞋材等领域的广泛应用，对高性能、轻量化、可定制化材料的需求日益增加。TPU（热塑性聚氨酯）材料因其优异的弹性、耐磨性和生物相容性成为理想选择。然而，传统TPU材料在轻量化和发泡可控性方面存在一定限制。本研究旨在开发可控发泡的TPU线材，通过精确调控打印参数，实现材料性能优化与定制化应用。

二.材料与方法

（1）核心原料

1.TPU颗粒（硬度95A）

2.AC发泡剂3.硅烷偶联剂及其他助剂

（2）制备方法

1.将发泡剂与TPU颗粒混合，使用3D打印丝挤出设备制造发泡TPU线材

2.通过调整打印温度精确控制发泡倍率

3.使用Simplify3D软件调整打印温度、层高和打印速度，优化打印模型

（3）研究内容

1.系统研究发泡剂对TPU材料机械性能、孔隙结构及密度的影响

2.建立发泡倍率与打印温度之间的关系模型

3.评估发泡TPU材料在鞋材、伤口敷料等定制化产品中的应用潜力03

三.主要成果

（1）可控发泡TPU线材开发

1.成功筛选出稳定挤出发泡TPU线材的原料配方

2.解决了线材表面凹陷、粗糙等缺陷问题，实现线径稳定、表面光滑的3D打印丝

3.可通过打印温度调控发泡效果，实现轻量化和高性能化

（2）轻量化高性能模型打印

1.完成200℃-230℃哑铃状样条拉伸实验、重量对比及接触角测试

2.拉伸结果显示，200℃样条强度最高

3.初始样品发泡导致重量未减轻，后通过参数优化控制发泡效果，实现明显减重

4.接触角测试显示发泡TPU材料具有良好亲水性，200℃样条亲水性最优

（3）后续优化方向

1.调整切片参数优化模型，解决局部发泡不均问题

2.对材料进行力学性能及材料表征测试，并与市场发泡材料进行横向对比

3.建立打印温度、打印速度、层高三者关系模型，实现发泡效果的精确可控

四.应用前景

本研究开发的高发泡TPU材料在以下方面具有显著优势：

轻量化：通过可控发泡实现材料减重

高回弹性与耐用性：优化材料机械性能，提高使用寿命

良好生物相容性：适用于鞋材、伤口敷料等医疗及运动产品

定制化生产：结合3D打印技术，可根据不同需求个性化定制产品

该项目为3D打印技术在个性化医疗、高性能运动装备及鞋材制造领域提供了创新解决方案，展示了产学研合作在材料研发与技术应用上的巨大潜力。