新材料:受草结构启发3d打印制造又轻又强的材料

永利游戏网站2017年2月15日讯  3D打印(3DP)即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

受草启发,MIT、哈佛科学家开发出具有可调孔隙度的3D打印材料:

自然界总能给人无限启发。草的管状宏观结构和多孔微观结构使其强大得足以承受住强风和频繁的压缩。近日,为了在一种3D打印材料中复制这些特性,哈佛和MIT的科学家们开发了一种新的3D打印技术,该技术使用一种陶瓷泡沫墨水来打印具有独立可调的宏观及微观孔隙度的材料。该技术可被用来3D打印轻质的结构材料、热绝缘体和组织支架。这项研究结果发表在《Proceedings of the Natural Academy of Science》杂志上。

“通过扩大可打印材料的组成空间,我们可以生产具有卓越刚度的轻质结构,”论文的资深作者Jennifer A. Lewis教授说。Lewis也是3D打印机开发商Voxel8的创始人和首席科学顾问,Voxel8的开发者套件(Developer’s Kit)可被用来打印嵌入式电子器件。

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所使用的陶瓷泡沫墨水含有氧化铝颗粒、水和空气。通过控制墨水的微观结构,研究人员能改变其性能,改变其在微观尺度上的变形方式。随后,他们再用该墨水来3D打印带有不同几何、密度和刚度构型的轻质多孔蜂窝结构、三角形和六角形。

论文第一作者Joseph Muth说:“泡沫墨水很有趣,因为你可以在其细胞宏观结构中对其细胞微观结构进行数字化排列。当墨水凝固后,所产生的结构中含有空气,这些空气被多个长度尺度上的陶瓷材料所包围。当你在这些结构中加入孔隙时,你就赋予了它本不会有的性质。”

MIT材料科学与工程系教授、论文合著者Lorna Gibson博士说,新的陶瓷泡沫墨水3D打印技术“结合了两个方面的优势”,因为该技术同时提供了微观结构控制(通过泡沫处理)和全局建筑控制(通过3D打印)。

研究人员说,新的3D打印方法允许他们创建多种多功能材料,这些材料的属性可以微调,而打印可以一次性完成。令人兴奋的是,该技术还有开发的空间,因为除了陶瓷外,还可以使用金属、聚合物等可打印的泡沫墨水。“这是走向扩展性制造建筑多孔材料的重要一步,”Lewis说。

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