3Dプリント可能な弾性ポリマーが高い強度と耐久性を実証(3D-printable elastic polymer proves surprisingly strong)

2026-07-13 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)

スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究チームは、3Dプリント用に開発した二重ネットワーク粒状エラストマー(DNGE)が、優れた造形性に加えて高い破壊靱性と耐疲労性を備えることを明らかにした。DNGEは硬いエラストマー微粒子を柔らかいエラストマー網目構造で結合した材料で、もともとは機械特性を細かく制御できる3Dプリント材料として開発された。今回の研究では、最適化したDNGEは従来のエラストマーと比べ、破壊靱性が最大15倍、耐疲労性が最大3倍向上した。これは、変形時に応力が柔らかい領域へ分散され、ポリマー鎖の滑りや再配置によってエネルギーを繰り返し吸収することで損傷を抑えるためである。また、亀裂が粒子間を蛇行して進展するため、破壊の進行も遅くなる。この材料はソフトロボット、ウェアラブル機器、電子デバイス、医療機器など、繰り返し変形を受ける用途で長寿命化が期待される。研究チームは今後、生分解性やリサイクル由来エラストマーを導入し、環境負荷の低減も目指している。

3Dプリント可能な弾性ポリマーが高い強度と耐久性を実証(3D-printable elastic polymer proves surprisingly strong)
Double network granular elastomers (DNGEs) © Titouan Veuillet

<関連情報>

耐疲労性と靭性に優れた二重ネットワーク構造の粒状エラストマー Fatigue-resistant and tough double network granular elastomers

Eva Baur, John Kolinski, and Esther Amstad
Science Advances  Published:10 Jul 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aec3482

Abstract

Elastomers can be engineered as stretchable, compliant materials capable of bearing load, making them attractive for soft robotics, wearable electronics, and biomedical devices. Unfortunately, single-network elastomers are constrained by a stiffness-toughness compromise. While multinetwork elastomers can mitigate this limitation, tough multinetwork elastomers typically exhibit a limited fatigue resistance. Here, we demonstrate that double-network granular elastomers (DNGEs) composed of stiff elastomer microparticles connected through a softer second network combine toughness and fatigue resistance. Their locally varying composition and structure enable DNGEs to efficiently deconcentrate stress and repetitively dissipate energy if stretched to moderate strains, imparting them a good fatigue resistance. Leveraging the three-dimensional printability of DNGEs, we spatially vary the composition to combine stiffness, toughness, and fatigue resistance within one elastomer. We anticipate that DNGEs will unlock opportunities in soft robotics, wearables, and biomedicine, where current soft materials remain limited by the stiffness-toughness-fatigue resistance trade-off.

0504高分子製品
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