MIT和LLNL用3D打印生成超強(qiáng)超硬的超材料

       報道，日前，美國Lawrence Livermore國家實(shí)驗(yàn)室 （LLNL）和麻省理工學(xué)院 （MIT）的研究人員使用一種被稱為微光固化（microstereolithography）的3D打印技術(shù)開發(fā)出一種具有微架構(gòu)的超材料（metamaterial），該超材料具有1萬倍以上的剛度，并且可以用各種材料如金屬或聚合物3D打印而成。
       微光固化3D打印技術(shù)理論上類似于SLA 3D打印，但它是在微觀尺度上進(jìn)行的3D打印，精度極高，不僅可以3D打印一般物體而且能夠打印出這個物體的微觀結(jié)構(gòu)。
       如果你是拿顯微鏡（25倍）去觀察常見的家用物品，你會發(fā)現(xiàn)，在顯微鏡下每個材料看起來都不相同。這是因?yàn)椴牧系牟煌瑢?dǎo)致的密度差異。當(dāng)?shù)牟牧显街旅�，它的�?qiáng)度越高，反之亦然。利用這些原理，研究團(tuán)隊(duì)開始著手構(gòu)建新的超材料。
       有關(guān)超材料的想法早在幾十年前就有，但迄今為止只是紙面上一個復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。如今通過非常精確的微光固化3D打印機(jī)，研究團(tuán)隊(duì)打印出了這種令人難以置信的獨(dú)特材料。

       “我們發(fā)現(xiàn)，像氣凝膠（一種泡沫玻璃]）這樣即輕又疏松的材料，通過微光固化3D打印，其機(jī)械剛度媲美實(shí)心橡膠，并且比同類密度物質(zhì)強(qiáng)400倍。這些樣本可以輕松承受超過160,000倍自身重量的負(fù)荷�！毖芯咳藛TNicholas Fang解釋說：“能達(dá)到這種超高剛度的關(guān)鍵是，這種材料的所有微結(jié)構(gòu)元件都被設(shè)計成在約束和載荷下不彎曲。”
       除了比密度相似的材料強(qiáng)400倍以外，這些材料也比其他超輕量級的晶格材料更硬100倍。研究人員能夠通過對材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，打印出重量極輕、強(qiáng)度和硬度非常高的超材料。他們已在陶瓷、金屬、聚合物，以及聚合物—陶瓷混合物上對這種打印方法進(jìn)行了測試，均得出了類似的結(jié)果。

由聚合物3D打印的單個單元 - 彈力為主的結(jié)構(gòu)

       “這是世界上最輕的材料。”LLNL的Spadaccini說�！安贿^，由于它的微架構(gòu)布局，使得它表現(xiàn)出比非結(jié)構(gòu)化類似材料的強(qiáng)度高出4個數(shù)量級�！�
        這意味著我們現(xiàn)在不僅能夠3D打印我們所需要的外形，而且通過3D打印還能實(shí)現(xiàn)我們制定的物理特性，使他們更強(qiáng)、更硬、更輕。其應(yīng)用前景非常廣闊。比如可以打印移動設(shè)備的電池、自行車車架、汽車零部件、航空航天工程件、假肢等等。據(jù)天 工社了解，其他的研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)可以制造出平板材料，形成標(biāo)準(zhǔn)的單元，以便組裝成更大的結(jié)構(gòu)；還可以用來制造電路，創(chuàng)造出更小更高效的電子產(chǎn)品，

3D打印單元的完整陣列

        得知，如果不使用這些高度復(fù)雜的3D打印機(jī)，發(fā)展這些超材料及其復(fù)雜的三維微觀幾何形狀幾乎是不可能的�！艾F(xiàn)在我們可以使用桌面型3D打印機(jī)打印出堅硬或者有彈性的材料。”Fang說。“這使我們能夠迅速做出許多樣件，然后觀察它們表現(xiàn)出來的特性�！�
       該研究團(tuán)隊(duì)的成員包括Rutgers大學(xué)助理教授Howon Lee、MIT的Nicholas Fang和 Qi “Kevin” Ge、以及LLNL的Christopher Spadaccini、Xiaoyu“Rayne” Zheng、Todd Weisgraber、Maxim Shusteff、Joshua Deotte、Eric Duoss、Joshua Kuntz、Monika Biener、Julie Jackson和 Sergei Kucheyev。他們的研究成果發(fā)表在6月20日的《科學(xué)》雜志上。

什么是超材料：
        “超材料"是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。
        "超材料"這一新的觀念尚未被學(xué)術(shù)界，特別是材料學(xué)界完全接受。不過，作為一種材料設(shè)計理念，已開始為越來越多的學(xué)者所關(guān)注。

不知和框架打印法有聯(lián)系嗎
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一萬倍以上的剛度，這個不太好了解，相比于何物？不如直接拿強(qiáng)度系數(shù)實(shí)在
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