結構式泡沫：一種極具應用前景的新型輕量級高強度3D打印結構

日前，來自阿布扎比Masdar科學技術研究院的研究人員剛提交了一份引人注目的3D打印專利申請。申請對象為一種3D打印超強輕量級“結構式泡沫”的創(chuàng)建方法。這種泡沫可以使用包括塑料或合成材料在內(nèi)的各種材料制造，由于具有獨特的蜂窩結構，所以可以在航空航天、醫(yī)療和汽車工業(yè)領域被用來制造機器，甚至可以通過編程來實現(xiàn)良好的熱、電或機械性能，而這可以進一步提高其泛用性。

這個重大突破是由該研究院器械與材料工程副教授Rashid Abu Al-Rub博士領導的研究團隊完成的。該團隊的這項研究成果已經(jīng)在5個同行評審期刊上發(fā)表，其中包括Composites Science and Technology。同時，他們已經(jīng)準備好為此項研究申請專利。更重要的是，團隊成員認為他們的3D打印構造可以讓任何依賴于超強輕量級傳導材料的工業(yè)效率更高，如能源、水和石油天然氣工業(yè)。

Abu Al-Rub教授解釋道，他們的泡沫構造的關鍵點在于其內(nèi)部的3D打印幾何結構，或又被稱為內(nèi)部結構。類似于為埃菲爾鐵塔提供支撐力量和平衡的格子狀鋼橫梁和支柱，這些蜂窩結構90%是由空氣構成的內(nèi)部幾何結構實現(xiàn)力量支撐�！拔覀儾�沒有創(chuàng)造新材料，相反，我們只是在重新構建已有材料，比如鋼和塑料。通過改變材料的內(nèi)部幾何結構，我們可以實現(xiàn)想要的特性，如硬度、導電性、多孔性等”，Abu Al-Rub教授說。他們已經(jīng)使用電腦模型生成了成千上萬種不同的泡沫構造，而每種都有獨特的幾何特性。

借助電腦模型，這個平臺使用起來十分方便。研究員只需簡單地為泡沫構造選擇想要的特性，比如增強的電或熱性能、硬度或者預期的重量。隨后，運算法則會選擇最合適的幾何結構。這些幾何結構會被3D打印出來，然后被用去加強現(xiàn)有材料的特性或被當做一個單獨的泡沫構造使用。

甚至泡沫構造的多孔性也能通過電腦模型實現(xiàn)，而這將成為控制氣體和液體流量分配的完美選擇。研究人員認為它也能被用于石油和天然氣操控、海水淡化和廢水處理等�！芭菽瓨嬙炜梢员挥脕碜畲笙薅鹊奶岣邭怏w流量，提高催化式排氣凈化器的轉化效率從而減少汽車發(fā)動機產(chǎn)生溫室氣體的排放”，Oraib Al-Ketan教授補充道。

當然，用泡沫構造的建筑本身就特別復雜，因此使建造也變得十分困難。3D打印已經(jīng)在改變幾何公約，而泡沫3D打印技術讓3D打印在這方面走得更遠。從納米尺度、比人類頭發(fā)細一萬倍的精度到宏觀尺度（用毫米測量）的任何地方，3D打印讓一切皆有可能實現(xiàn)�！瓣P于如何設計材料，我們已經(jīng)形成了一個模式。目前，人們根據(jù)材料的現(xiàn)有化學構成、結構和相應特性來設計材料。我們則首先關注你在產(chǎn)品應用中所需要的材料特性，然后應用我們的專屬設計方法來優(yōu)化材料結構和它的內(nèi)部幾何結構，從而得到你所需要的特性”，Abu Al-Rub教授說道。

這項新技術來得十分及時，Masdar研究院的研究副總裁Dr. Steve Griffiths相信它會給許多行業(yè)帶來重大影響。

延伸閱讀：
《波音開發(fā)世界最輕3D打印金屬微晶格材料》
《英國LIGHT項目展示超輕量3D打印晶格結構零部件》

來源：南極熊3D打印網(wǎng)