3D打印技术在轻质材料和结构方面取得新突破

  • 发布:2018/3/14 8:14:52
  • 来源:中塑在线原创

仿生学是一种跨学科研究的领域,它模仿生物过程,为复杂的人类问题设计解决方案——结合金属和聚合物添加剂制造,即3D打印技术的发展,已经在生产更耐用的轻质材料和结构方面取得了突破。医疗植入物、汽车和航空航天部件都将受益于新加坡的一个科学研究团队——A*STAR——所做的研究。

根据全球研究机构A*STAR的数据,传统的制造工艺,如铸造和机械加工,并不适合建造坚固的轻型结构,它们也限制了设计的可能性。据研究人员介绍,A*STAR的科学家发明了一种方法,该方法利用增材制造技术来制造轻型格子结构,其刚度和强度都有所提高,为新型的冲击吸收材料和夹层结构铺平了道路。

A*STAR 晶格设计

这里显示的格子图案,从上到下,直径分级和空间分级,是统一的基准

图片由A*STAR and Elsevier提供

“晶格结构超过传统固体材料的结构性能,更适合用于轻量级三明治核心,医疗植入物和一种新的具备特定机械性能和热性能的人工超常材料,”来自A*STAR新加坡制造技术研究院的Stephen Daynes解释道,新加坡国立大学的研究人员合作参与该项目。“使用一种新的仿生方法,我们能够创造出与竹子和人类骨骼相似的细胞和晶格结构,”Daynes补充道。

研究人员使用一种结合拓扑和尺寸优化的方法,确定了晶格中的主要应力线,即均衡线。这种方法允许在结构中对每个单元的大小、形状和方向进行裁剪,从而显著地减少相邻晶格单元之间的应力。研究人员称,该设计增加了172%的硬度和100%的强度。

“我们的技术可以制造出重量轻、功能梯度的格架,利用3D打印技术,在不增加重量的情况下,大大提高了夹层结构的硬度和强度。这些结构特别适合于增材制造过程,因为它们在很大程度上不受制造复杂性的限制。” Daynes说道。

“我们计划将这种方法应用到三维应力场中,利用空间梯度的晶格可以创造出新的和更有效的材料。”他补充道。

关键词:

3D打印技术,轻质材料,晶格结构

[责任编辑:张赞丽]

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