澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員成功3D打印出一種鈦結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度至少比人類制造并用于航空航天應(yīng)用的最強(qiáng)合金高出50%。這種新型“超材料”可能會(huì)在航空航天和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開(kāi)辟新的應(yīng)用，大學(xué)新聞稿表示。

超材料是通過(guò)組裝使用金屬或塑料制成的多個(gè)元素而工程化的，但它們提供的屬性超越了自然界中看到的物質(zhì)。研究人員一直在使用這種方法來(lái)創(chuàng)造能夠承受極端溫度和壓力要求的新材料，在航空航天等具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中。

皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員通過(guò)在他們的制造過(guò)程中使用3D打印或增材制造技術(shù)，將這一領(lǐng)域向前推進(jìn)了一步。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地使用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)改進(jìn)自然界中發(fā)生的格子結(jié)構(gòu)。

超越自然 全球的材料科學(xué)家一直受到自然界中格子排列的啟發(fā)，例如珊瑚或百合莖中的空心支柱，它們結(jié)合了強(qiáng)度和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。

然而，迄今為止復(fù)制這些生物啟發(fā)的結(jié)構(gòu)一直非常困難?！皩?duì)于大多數(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，通常只有不到一半的材料主要承受壓縮載荷，而更大的材料體積在結(jié)構(gòu)上并不重要，”皇家墨爾本理工大學(xué)的設(shè)計(jì)教授、先進(jìn)制造材料的馬倩說(shuō)。

使用3D打印，馬倩領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)內(nèi)部有細(xì)帶的空心管狀格子?！巴ㄟ^(guò)有效地合并兩種互補(bǔ)的格子結(jié)構(gòu)來(lái)均勻分布應(yīng)力，我們避免了應(yīng)力通常集中的弱點(diǎn)。這兩種元素共同展現(xiàn)了自然界中從未見(jiàn)過(guò)的強(qiáng)度和輕盈，”馬倩補(bǔ)充道。

壓縮測(cè)試顯示（左圖）空心支柱格子中應(yīng)力集中在紅色和黃色區(qū)域，而（右圖）雙格子結(jié)構(gòu)更均勻地分散應(yīng)力，避免了熱點(diǎn)。圖片來(lái)源：皇家墨爾本理工大學(xué) 超材料是如何制造的？ 研究人員使用了一種稱為激光粉末床熔融的3D打印方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這種超材料設(shè)計(jì)。這種方法使用高功率激光束將金屬粉末層熔化到位。

雙格子設(shè)計(jì)確保了在設(shè)計(jì)中的弱點(diǎn)處減少了一半的應(yīng)力，設(shè)計(jì)中的任何裂紋也被沿著結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)，從而提高了其韌性。

該團(tuán)隊(duì)測(cè)試了一個(gè)使用這種方法制造的鈦格子立方體。它比用于航空航天應(yīng)用的最強(qiáng)合金——鑄造鎂合金WE54——強(qiáng)50%。該團(tuán)隊(duì)仍在努力完善這種超材料，并希望將其耐溫極限提高到1,112華氏度（600攝氏度），并可能增加更多的應(yīng)用。

不僅僅是強(qiáng)度，超材料還提供了易于制造的額外好處，這要?dú)w功于3D打印。然而，它不會(huì)立即可用。