MIT和LLNL開發(fā)3D打印超輕型材料，可承受160,000倍的自身重量

南極熊3D打印網(wǎng)報(bào)道

    勞倫斯利物莫國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）和麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員已經(jīng)成功研制出一種有超過10,000倍硬度的超輕型材料，而且這種材質(zhì)可以用不同的材料進(jìn)行3D打印，例如金屬或聚合物。
    在剛度和強(qiáng)度下降的情況下，任何物質(zhì)的密度與結(jié)構(gòu)元素在有外加負(fù)載的時(shí)候會(huì)更容易出現(xiàn)彎曲。然而，這個(gè)團(tuán)隊(duì)制作的超材料，通過超越了三個(gè)數(shù)量級(jí)以上的密度表現(xiàn)出了超剛性材料特性。

    “這些輕質(zhì)材料可以承載至少160,000倍的自身體重，”團(tuán)隊(duì)成員勞倫斯利物莫國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的工程師Xiaoyu Zheng（Rayne）說，“超高剛度的關(guān)鍵在于這個(gè)材質(zhì)中的微結(jié)構(gòu)元素都被設(shè)計(jì)成超過限制，因此在受到外加負(fù)載時(shí)不會(huì)產(chǎn)生彎曲的狀態(tài)。”
    這個(gè)設(shè)計(jì)基于納米級(jí)的微晶格的功能，將強(qiáng)大的剛度和強(qiáng)度，以及超低密度集于一身，團(tuán)隊(duì)稱。

    根據(jù)研究小組的發(fā)現(xiàn)，所觀察到的高剛度被證實(shí)與多組分材料（例如聚合物、金屬和陶瓷）是一致的。這種材料的實(shí)際生產(chǎn)可以通過一種稱為投影微型立體光刻（Projection Microstereolithography）的高精密度的3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)。據(jù)南極熊3D打印網(wǎng)了解，這種打印技術(shù)涉及到了使用微鏡顯示芯片和感光原料一次一層地制作高保真度3D物體。這種技術(shù)讓團(tuán)隊(duì)可以快速地生成復(fù)雜的3D微觀尺度幾何形狀的材料，否則這種制造是非常具有挑戰(zhàn)性的，在某些情況下，甚至是不可能制造出來的。
    例如，他們使用聚合物作為模板來制作微晶格，然后涂上一層200到500納米厚的金屬薄膜。將聚合物芯進(jìn)行熱除去，留下一個(gè)空心管狀的金屬桿，就得到了超輕的金屬格材料。

    研究小組使用聚合物微晶格重復(fù)這個(gè)步驟，但這次并不是使用金屬進(jìn)行涂層，而是使用陶瓷制作出50納米厚的薄膜涂層。這種陶瓷微結(jié)構(gòu)材料的密度于氣凝膠很相似。
    “這是世界上最輕的材料之一，”LLNL的工程師Chris Spadaccini說，“不過，由于其微架構(gòu)的排列，在同一個(gè)可比較的密度上，這種材料會(huì)具有比氣凝膠高出四個(gè)數(shù)量級(jí)的剛度。”
    最后，這個(gè)團(tuán)隊(duì)利用了一種稍微有所不同的方法來生產(chǎn)三分之一超剛性微架構(gòu)材料。他們把陶瓷裝載在聚合物上，創(chuàng)建了一個(gè)聚合物和陶瓷的復(fù)合微型格。該聚合物被熱除去，使陶瓷顆粒致密成固體。新的固體陶瓷材料也表現(xiàn)出類似的強(qiáng)度和剛度特性。
    “我們使用了增材微制造技術(shù)，使用多個(gè)基礎(chǔ)材質(zhì)成分（聚合物、金屬和陶瓷），制造出擁有史無前例的性能組合的機(jī)械化和超材料?！盨padaccini說。
    具有這些特別性能的材料有一天將會(huì)使用于開發(fā)飛機(jī)、汽車和航天飛行器的組件。南極熊3D打印網(wǎng)了解，這個(gè)研究團(tuán)體的研究結(jié)果已經(jīng)過發(fā)表在了6月20日的《科學(xué)》雜志上。

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