揚斯敦州立大學(xué)獲44.5萬美元，推進3D打印材料疲勞行為研究

2024年11月，南極熊獲悉，位于俄亥俄州的揚斯敦州立大學(xué)獲得了一筆來自美國國家科學(xué)基金會（NSF）的重大研究基金，總額超過44.5萬美元。這筆資金將專門用于支持揚斯敦州立大學(xué)研究團隊在3D打印材料及其疲勞行為領(lǐng)域的前沿探索。

△賓夕法尼亞州立大學(xué)謝南戈分校工程學(xué)副教授馬修·卡普托 (Matthew Caputo)

資金助力采購先進測試設(shè)備
作為“主要研究儀器補助金”的一部分，這筆款項將幫助研究團隊采購一系列高精度測試設(shè)備，包括先進的Acumen 12電動力學(xué)測試系統(tǒng)，這些設(shè)備對于深入理解3D打印材料的性能至關(guān)重要。

此次研究項目的領(lǐng)頭人是揚斯敦州立大學(xué)雷恩工程學(xué)院的助理教授亞歷山大·佩施(Alexander Pesch)博士。他帶領(lǐng)的研究團隊不僅匯聚了校內(nèi)的精英力量，還吸納了來自賓夕法尼亞州立大學(xué)謝南戈分校的工程學(xué)副教授馬修·卡普托( (Matthew Caputo)博士等外部專家，共同致力于這一創(chuàng)新課題。

關(guān)注鎳鈦形狀記憶合金
新購入的測試設(shè)備將安裝在揚斯敦州立大學(xué)的實驗室中，主要用于評估3D打印部件的動態(tài)剛度——材料在受力情況下的變形能力和長期使用的耐久性。研究團隊特別關(guān)注鎳鈦形狀記憶合金（SMA），這是一種具有獨特性質(zhì)的材料，能夠在經(jīng)歷顯著形變后恢復(fù)原狀。

為了說明這一點，卡普托博士舉了一個生動的例子：“想象一下，如果你有一個金屬衣架，通常情況下，一旦它被彎曲或拉伸，就會保持新的形狀。但是，如果這個衣架是由鎳鈦SMA制成的話，無論怎樣變形，它都能神奇地恢復(fù)到原來的形狀?！?br />
這種材料因其出色的形狀記憶特性、生物相容性以及優(yōu)異的耐腐蝕性能，已經(jīng)在航空航天、醫(yī)療等多個高科技領(lǐng)域找到了廣泛的應(yīng)用，包括用于制作飛機的活動部件、醫(yī)療手術(shù)器械以及牙科修復(fù)體等。



探索3D打印材料疲勞特性
盡管鎳鈦SMA擁有諸多優(yōu)點，但在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于起步階段。卡普托博士解釋道:“雖然我們已經(jīng)見證了增材制造技術(shù)帶來的許多成就，但對于3D打印材料在實際使用中如何應(yīng)對反復(fù)的應(yīng)力循環(huán)，即所謂的‘材料疲勞’，我們還知之甚少。我的研究重點正是通過3D打印技術(shù)來制造鎳鈦合金部件，并對其進行詳盡的疲勞測試，以期為未來的設(shè)計和應(yīng)用提供重要參考?！?br />
除了科學(xué)研究之外，這些先進的測試設(shè)備還將成為教學(xué)和實踐學(xué)習(xí)的重要資源。揚斯敦州立大學(xué)和賓夕法尼亞州立大學(xué)謝南戈分校的學(xué)生將有機會直接參與到這些實驗中，親手操作這些精密的儀器，從而加深對3D打印技術(shù)和材料科學(xué)的理解。

同時，研究團隊也計劃邀請當(dāng)?shù)氐闹圃炱髽I(yè)加入合作，共同開發(fā)新的產(chǎn)品和技術(shù)，促進區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展。通過這樣的跨學(xué)科合作和資源共享，不僅能夠推動3D打印技術(shù)的進步，還能培養(yǎng)新一代的工程師和科學(xué)家，為未來的科技創(chuàng)新奠定堅實的基礎(chǔ)。