受蜘蛛網(wǎng)啟發(fā)，研究人員開(kāi)發(fā)出3D打印的防震材料

2020年11月23日，南極熊獲悉，蒙特利爾理工大學(xué)機(jī)械工程系的研究人員，使用3D打印設(shè)計(jì)了一種織物，最多可吸收96％的沖擊力而不會(huì)破裂。

這個(gè)團(tuán)隊(duì)是從蜘蛛網(wǎng)的自然特性中汲取了靈感，通過(guò)加熱聚碳酸酯（PC）制成膠粘劑，為易碎設(shè)備制造了耐用的3D打印覆蓋物。選擇PC材料是因?yàn)樗�在通過(guò)熔融絲材制造（FFF）3D打印機(jī)擠出時(shí)粘度低。

將來(lái)，這種3D打印材料可以用于制造防彈玻璃，甚至可以應(yīng)用于航空領(lǐng)域，作為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)涂層。

制造3D打印的防沖擊材料

研究人員對(duì)PC進(jìn)行加熱以制造這種材料，就像加熱聚合物一樣，它會(huì)成型為類似于蜂蜜的粘性粘合劑，可用于復(fù)制蜘蛛網(wǎng)。

研究人員使用了熔融絲材制造（IFFF）3D打印機(jī)來(lái)創(chuàng)建透明且吸收沖擊的3D打印材料。在IFFF過(guò)程中，PC被部分熔化，然后快速擠出到打印平臺(tái)上。

FrédérickGosselin教授的團(tuán)隊(duì)加熱了PC，并“編織”了一系列厚度不足2mm的纖維。重復(fù)該過(guò)程，并以90°角3D打印多根纖維，直到整個(gè)“纖維網(wǎng)”固化為止。在此過(guò)程中，熔融塑料會(huì)形成圓圈，形成一系列環(huán)。根據(jù)Gosselin教授的說(shuō)法，這些環(huán)將變成犧牲鏈，在打印后，這些環(huán)賦予纖維額外的強(qiáng)度。

她補(bǔ)充說(shuō)：“發(fā)生撞擊時(shí)，這些犧牲環(huán)節(jié)會(huì)吸收能量并斷裂，以維持纖維的整體完整性-類似于絲綢蛋白。”

△團(tuán)隊(duì)從蜘蛛網(wǎng)中汲取了靈感，通過(guò)加熱聚碳酸酯制成膠粘劑，為易碎設(shè)備制造了耐用的3D打印覆蓋物，圖片來(lái)自蒙特利爾理工大學(xué)

測(cè)試防碎材料的強(qiáng)度

這項(xiàng)研究的目的是在微觀尺度上開(kāi)發(fā)一種機(jī)制，創(chuàng)建一種新型的沖擊吸收纖維，該纖維可以釋放大量能量而不會(huì)破裂。

為此，報(bào)告調(diào)查了材料的纖維在纏繞時(shí)的行為。進(jìn)行了沖擊測(cè)試，以查看將3D打印材料嵌入玻璃窗格是否可以防止其碎裂。結(jié)果表明，材料不會(huì)在某些地方變形，而不會(huì)破碎，但塑料薄片的整體形狀將保持完整。

當(dāng)團(tuán)隊(duì)想看看它是否可以接住自由落體的棒球時(shí)，人造蜘蛛網(wǎng)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的測(cè)試，將500克棒球從66厘米高處掉落到?jīng)_擊測(cè)試儀上。

測(cè)試突出了棒球與材料接觸時(shí)的影響。在撞擊下，棒球的動(dòng)能在很大程度上被犧牲性紐帶的斷裂和其隱藏長(zhǎng)度的展開(kāi)所消散。結(jié)果顯示出與蜘蛛網(wǎng)相同的能量耗散機(jī)制。

這項(xiàng)研究的更多細(xì)節(jié)可以在Cell Reports Physical Science雜志上發(fā)表的標(biāo)題為 “Spiderweb-Inspired, Transparent, Impact-Absorbing Composite,” 中找到。它由FrédérickGosselin教授，Daniel Therriault教授和博士生Shibo Zou共同撰寫(xiě)。

△團(tuán)隊(duì)希望了解3D打印材料是否可以抓住自由落下的500克棒球，棒球從66厘米高處掉落到?jīng)_擊測(cè)試儀上，圖片來(lái)自蒙特利爾理工大學(xué)

編譯自：3dprintingindustry