哈佛科學家開發出重構軟體，用於3D列印超材料的設計

超材料是指材料的設計表現出不同尋常的特性，是具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工複合結構或複合材料。 迄今發展出的「超材料」包括："左手材料"、"光子晶體"、"超磁性材料"等。

哈佛John A.保爾森工程和應用科學學院和哈佛Wyss威斯生物啟發工程研究所的研究人員在哈佛大學通過多材料3D列印技術開發出可重構超材料的基礎設計框架軟體。

超材料設計

變得模塊化

超材料不同尋常的特性主要依賴於獨特的機械結構，而這些特定的結構通常是通過在材料的關鍵物理尺度上的結構有序設計，可以突破某些表觀自然規律的限制。

哈佛的研究人員嘗試通過建立一個基礎設計框架，從而實現幾何形狀和幾個功能之間切換，他們的發現已經發表在自然雜誌上。因為這個基礎設計框架並不限制列印尺寸，可以從米級到納米尺度的應用，從減震建築材料升級到光子晶體的超材料結構。

哈佛大學Katia Bertoldi教授認為在可重構結構領域，設計空間是非常大的，所以面臨的挑戰是要想出聰明的策略來研究它，通過與設計師和數學家的合作，哈佛找到了一種方法來概括這些規則，並迅速產生了許多有趣的設計。

Wyss威斯工程研究所的科學家很快就意識到，隨著多面體立體圖形組件（通常）超過六面可作為設計單元，可用於擠壓、重構一個模板，或者用於薄壁結構。結合設計和計算建模，他們能夠創建一些不同的組合，以及一個用於快速、準確地建立類似材料的藍圖。

這個框架就像一個軟體工具包，智能構建可重構的材料。基於計算模型，哈佛大學的研究人員能夠量化材料彎曲的各種不同的方式，並計算這樣的運動會如何影響像剛度這樣的特性。他們現在可以使用他們的數字框架快速循環幾百萬種不同的圖案，讓電腦通過理想的屬性設置給定一個恰當的設計。一旦一個給定的設計被選中，科學家們能夠使用多材料3D印表機以及激光切割紙板、雙面膠帶等材料組合來創造超材料的原型。

根據研究人員，這個軟體工具包為開發超材料能結構和航空航天工程師、材料科學家、物理學家、機械工程師、生物醫學工程師、設計師和建築師是有用的。

國內在超材料方面也湧現出積極的研究，根據3D科學谷的市場研究，活躍的科研單位有東南大學，中國人民解放軍空軍工程大學，西安交通大學，北京交通大學等。

東南大學通過3D列印一種自相似的空間摺疊結構的分形聲學超材料，用於寬頻聲聚焦透鏡；

中國人民解放軍空軍工程大學開發了基於水或水溶液的超材料頻率選擇表面的設計方法，利用3D列印技術將低介電常數材料列印成特殊形狀，使其能對特定尺寸與特定形狀的水進行封裝；

西安交通大學使用液態光敏樹脂和固體微粒作為列印原料進行目標超材料實體進行3D列印，3D科學谷了解到其中液態光敏樹脂作為超材料基材的原材料，固體微粒作為人造微結構，最終形成固態光敏樹脂為基材並包裹具有二維空間拓撲排序人造微結構的超材料；

北京交通大學通過3D列印技術製備太赫茲波導預製棒，按照波導立體結構逐片列印以形成太赫茲波導預製棒進而拉製成太赫茲波，簡化了製作工藝，降低了帶有銳角微結構複雜橫截面且縱向可變的太赫茲波導預製棒的製作成本，為後續拉制出具有優越傳輸性能的太赫茲波導，提供了很好的基礎。

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