3D列印技術在輕質材料和結構方面取得新突破

仿生學是一種跨學科研究的領域，它模仿生物過程，為複雜的人類問題設計解決方案——結合金屬和聚合物添加劑製造，即3D列印技術的發展，已經在生產更耐用的輕質材料和結構方面取得了突破。醫療植入物、汽車和航空航天部件都將受益於新加坡的一個科學研究團隊——A*STAR——所做的研究。

根據全球研究機構A*STAR的數據，傳統的製造工藝，如鑄造和機械加工，並不適合建造堅固的輕型結構，它們也限制了設計的可能性。據研究人員介紹，A*STAR的科學家發明了一種方法，該方法利用增材製造技術來製造輕型格子結構，其剛度和強度都有所提高，為新型的衝擊吸收材料和夾層結構鋪平了道路。

A*STAR 晶格設計

這裡顯示的格子圖案，從上到下，直徑分級和空間分級，是統一的基準，

圖片由A*STAR and Elsevier提供

「晶格結構超過傳統固體材料的結構性能，更適合用於輕量級三明治核心，醫療植入物和一種新的具備特定機械性能和熱性能的人工超常材料,」來自A*STAR新加坡製造技術研究院的Stephen Daynes解釋道，新加坡國立大學的研究人員合作參與該項目。「使用一種新的仿生方法，我們能夠創造出與竹子和人類骨骼相似的細胞和晶格結構，」Daynes補充道。

研究人員使用一種結合拓撲和尺寸優化的方法，確定了晶格中的主要應力線，即均衡線。這種方法允許在結構中對每個單元的大小、形狀和方向進行裁剪，從而顯著地減少相鄰晶格單元之間的應力。研究人員稱，該設計增加了172%的硬度和100%的強度。

「我們的技術可以製造出重量輕、功能梯度的格架，利用3D列印技術，在不增加重量的情況下，大大提高了夾層結構的硬度和強度。這些結構特別適合於增材製造過程，因為它們在很大程度上不受製造複雜性的限制。」 Daynes說道。

「我們計劃將這種方法應用到三維應力場中，利用空間梯度的晶格可以創造出新的和更有效的材料。」他補充道。

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