一種新型3D打印晶格結(jié)構(gòu)的強度和重量之輕令研究人員大吃一驚。它使用兩種不同的晶格結(jié)構(gòu)合并在一起，消除了通常在這些復(fù)雜形狀中發(fā)現(xiàn)的薄弱點。澳大利亞墨爾本皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員從空心莖睡蓮和風琴管珊瑚中汲取靈感，研究如何降低連接點產(chǎn)生的高應(yīng)力集中。

新研究的第一作者、特聘教授馬遷說："理想情況下，所有復(fù)雜蜂窩材料中的應(yīng)力都應(yīng)均勻分布。然而，對于大多數(shù)拓撲結(jié)構(gòu)而言，通常只有不到一半的材料主要承受壓縮載荷，而較大體積的材料在結(jié)構(gòu)上并不重要。"

研究人員在管狀晶格的頂部覆蓋了第二個晶格，從而加固了管狀晶格，并在管和連接處增加了一個薄薄的 X 形橫截面，使壓縮測試中的載荷分布更加均勻。

它的形狀非常復(fù)雜，但使用激光粉末床熔融3D打印機卻很容易制造。研究人員對制造出的立方體進行了測試，發(fā)現(xiàn)它比航空航天領(lǐng)域使用的密度類似的鑄造鎂合金 WE54 強 50%。

他們說，根據(jù)打印機的不同，它的尺寸可以從毫米到幾米不等，它的耐溫性能最高可達350 °C，如果升級到更耐熱的鈦合金，則最高可達600°C。

研究人員說，這種材料在對強度和重量要求較高的領(lǐng)域非常有用，可能的商業(yè)應(yīng)用包括飛機和火箭部件。有趣的是，他們還表示，這種材料還可用于醫(yī)用骨植入物，當它與人體融合時，復(fù)雜、部分空洞的形狀最終可能會被重新生長的骨細胞填滿。

通過邊緣的縫隙可以看到橫截面的加固裝置

但是，如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)容易制造嗎？研究人員承認："并不是每個人的倉庫里都有激光粉末床熔融機。不過，隨著技術(shù)的發(fā)展，它將變得更容易獲得，打印過程也將變得更快，使更多人能夠在他們的組件中采用我們的高強度多拓撲超材料。重要的是，金屬三維打印技術(shù)可以輕松制造出實際應(yīng)用中的網(wǎng)狀形狀。"

皇家墨爾本理工大學(xué)的團隊正在呼吁希望在一系列應(yīng)用領(lǐng)域合作并將這些超材料商業(yè)化的公司，并表示將繼續(xù)完善晶格設(shè)計，以尋求更高的強度和更輕的重量。

論文發(fā)表在《先進材料》雜志上。