3D列印超強石墨烯結構：強度比不鏽鋼高10倍，密度僅為5％

《3D列印世界》訊/麻省理工大學團隊近日完成了一項研究測試，他們將石墨烯壓縮和融化後，利用多材料3D印表機創造出一種密度僅為不鏽鋼的5%、強度高出不鏽鋼10倍的新材料。除材料本身之外，3D列印的結構也提供了很高的強度，因此當這種結構用在其他材料上時，也會形成較高的強度。

石墨烯：一種超高強度的材料

用2D材料製造3D結構的挑戰在於，生產方法的改變往往會導致材料的原子結構（其能量的來源）發生改變。比如，3D列印中的熔化和冷卻過程。目前，石墨烯已經普遍用於製造增強型材料，比如專門的石墨烯TPU或PLA，這種材料具有非常潛力的應用前景。

針對輕質三維石墨烯裝配的力學和設計的研究，麻省理工學院提出了一種可能的石墨烯幾何結構「gyroid（螺旋）」，保證其原子結構列印後不發生改變。

螺旋結構是關鍵

這種結構與蜂窩狀鏤空結構十分相似，可以通過不斷「複製」相同的六邊形晶格結構來最終形成一個六邊形的完整結構。它的表面積比較小，這也意味著佔用空間會比較小、使用材料減少，最終導致質量的減輕。

左：重複自主衍生的「螺旋」結構，右：重複疊加的石墨烯蜂窩原子結構

拉伸強度測試

MIT 3D列印了五個不同壁厚的螺旋結構。 使用的是Stratasys的VeroMagenta塑料和Object 500 3D印表機，解析度為20μm，然後組個測試其拉伸強度。

螺旋結構：從左到右壁厚逐漸加厚

模擬測試顯示，不同厚度的石墨烯螺旋結構在壓力測試下表現不同：較薄的結構會直接碎裂，而較厚的結構會吸收壓力，並且突然爆炸釋放出能量。

研究人員表示，這種結構用在其他材料上時，也會形成較高的強度。因此，這種3D列印結構的深入研究是很有必要的。

（編譯自3dprintingindustry）

投稿訂閱

0756-3919272