模仿骨骼結(jié)構(gòu)使3D打印輕質(zhì)材料使用壽命更為持久

來源：Purdue University

研究人員模仿骨骼結(jié)構(gòu)中的“梁”并使之厚約30％時(shí)，他們可以使人造材料的使用壽命延長多達(dá)100倍。“骨頭就像一棟建筑物。它承受大部分載荷的是這些梁和連接這些梁的梁。我們可以從這些材料結(jié)構(gòu)中學(xué)習(xí)，以創(chuàng)建用于建筑物和其他結(jié)構(gòu)的更堅(jiān)固的3D打印材料。”普渡大學(xué)萊爾大學(xué)土木工程學(xué)院教授Pablo Zavattieri說。

骨骼通過稱為小梁的海綿狀結(jié)構(gòu)獲得耐用性，該海綿狀結(jié)構(gòu)是由相互連接的垂直板狀支桿和水平桿狀支桿作為支柱和梁組成的網(wǎng)絡(luò)。小梁越密集，骨骼在日常活動(dòng)中就越有彈性。

研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管垂直支撐桿有助于骨骼的剛度和強(qiáng)度，但實(shí)際上看似微不足道的水平支撐桿卻可以增加骨骼的疲勞壽命。

模擬顯示，水平支柱對于延長骨骼的疲勞壽命至關(guān)重要。向骨骼啟發(fā)的3D打印的聚合物施加載荷證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)。水平支撐桿越厚，聚合物承受載荷的時(shí)間就越長。

由于增厚支撐桿不會(huì)顯著增加聚合物的質(zhì)量，因此研究人員認(rèn)為，這種設(shè)計(jì)對于制造更具彈性的輕質(zhì)材料很有用。進(jìn)一步研究這些結(jié)構(gòu)可以為治療骨質(zhì)疏松癥的患者提供更好的方法。

同時(shí)，3D打印的房屋和辦公空間正在進(jìn)入建筑行業(yè)�？梢酝ㄟ^重新設(shè)計(jì)水泥本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或“架構(gòu)”來完善3D打印建材。Zavattieri的實(shí)驗(yàn)室一直在開發(fā)受自然啟發(fā)的建筑材料，增強(qiáng)其性能并使其更具功能性。