結(jié)構(gòu)式泡沫：一種極具應(yīng)用前景的新型輕量級高強(qiáng)度3D打印結(jié)構(gòu)

日前，來自阿布扎比Masdar科學(xué)技術(shù)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(qiáng)輕量級“結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，所以可以在航空航天、醫(yī)療和汽車工業(yè)領(lǐng)域被用來制造機(jī)器，甚至可以通過編程來實現(xiàn)良好的熱、電或機(jī)械性能，而這可以進(jìn)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(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊完成的。該團(tuán)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(zhǔn)備好為此項研究申請專利。更重要的是，團(tuán)隊成員認(rèn)為他們的3D打印構(gòu)造可以讓任何依賴于超強(qiáng)輕量級傳導(dǎo)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(gòu)造的關(guān)鍵點在于其內(nèi)部的3D打印幾何結(jié)構(gòu)，或又被稱為內(nèi)部結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)90%是由空氣構(gòu)成的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)實現(xiàn)力量支撐。“我們并沒有創(chuàng)造新材料，相反，我們只是在重新構(gòu)建已有材料，比如鋼和塑料。通過改變材料的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)，我們可以實現(xiàn)想要的特性，如硬度、導(dǎo)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(gòu)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(gòu)造選擇想要的特性，比如增強(qiáng)的電或熱性能、硬度或者預(yù)期的重量。隨后，運算法則會選擇最合適的幾何結(jié)構(gòu)。這些幾何結(jié)構(gòu)會被3D打印出來，然后被用去加強(qiáng)現(xiàn)有材料的特性或被當(dāng)做一個單獨的泡沫構(gòu)造使用。

甚至泡沫構(gòu)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(rèn)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�(gòu)造可以被用來最大限度的提高氣體流量，提高催化式排氣凈化器的轉(zhuǎn)化效率從而減少汽車發(fā)動機(jī)產(chǎn)生溫室氣體的排放”，Oraib Al-Ketan教授補充道。

當(dāng)然，用泡沫構(gòu)造的建筑本身就特別復(fù)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(shù)讓3D打印在這方面走得更遠(yuǎn)。從納米尺度、比人類頭發(fā)細(xì)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)。“關(guān)于如何設(shè)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(xué)構(gòu)成、結(jié)構(gòu)和相應(yīng)特性來設(shè)計材料。我們則首先關(guān)注你在產(chǎn)品應(yīng)用中所需要的材料特性，然后應(yīng)用我們的專屬設(shè)計方法來優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)和它的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)，從而得到你所需要的特性”，Abu Al-Rub教授說道。

這項新技術(shù)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。

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來源：南極熊3D打印網(wǎng)