研究員以龍蝦殼為靈感用電輔助3D列印工藝製造增強結構

來自南加州大學（USC）維特比工程學院的工程師正在用受龍蝦啟發的3D列印護甲來防止運動受傷。這種像龍蝦一樣的列印護甲也許能非常有效地防止慢性創傷性腦病。

龍蝦和皮皮蝦都有基於殼多糖的外殼，這些外殼的結構纖維呈螺旋式對齊，這些螺旋線還一直在不斷旋轉。這種纖維對齊方式使得小裂縫難以擴展成更大的裂縫，從而讓龍蝦難以分解。

受此啟發，研究人員發現龍蝦殼是保護性身體護甲的絕佳模型。據介紹，基於龍蝦外殼中複雜的螺旋式纖維對齊的3D列印身體護甲也許能防止嚴重受傷，如慢性創傷性腦病（CTE），這種疾病的起因是在足球、拳擊等運動中頭部受到反覆的打擊。

為了製作3D列印盔甲原型，USC研究人員需要的不止是一台現有的3D印表機。他們的「電輔助3D列印工藝」可能是首個利用電場來改變材料的增材工藝，該工藝以類似龍蝦殼的物理彈性方式來對齊材料層。

這種由電驅動的護甲是用塑料和碳納米管製成的。列印完成後，研究人員對它和一個相似但非電氣化的模型進行了對比測試。結果表明，這種更具創新性的設計有出色的效果。

「碳納米管是一種微纖維，所以基本上當你試圖拉扯它時，由於內部有很多纖維，起到了加強作用，強度是塑料的一千倍多。如果將納米纖維添加到塑料中，總體上能將強度提高四倍。如果我們添加了納米纖維，然後用一個1000伏的電場將這些納米纖維對齊，那麼強度將提高八倍，」研究人員解釋說。

現在，研究人員計劃將這種受龍蝦啟發的創新轉變成一種更有效的設備來防止運動受傷。具體將涉及製造更大的設備，同時也將嘗試具有生物相容性的材料，如水凝膠。最終，通過3D掃描運動員的身體部位，研究人員認為他們可以製造定製的3D列印防護裝備。

除了加強的結構外，研究人員相信這種創新性的3D列印製造能力為航空航天、機械、組織工程應用帶來巨大的可能性。

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