模仿骨骼結構使3D打印輕質(zhì)材料使用壽命更為持久

來源：Purdue University

研究人員模仿骨骼結構中的“梁”并使之厚約30％時，他們可以使人造材料的使用壽命延長多達100倍。“骨頭就像一棟建筑物。它承受大部分載荷的是這些梁和連接這些梁的梁。我們可以從這些材料結構中學習，以創(chuàng)建用于建筑物和其他結構的更堅固的3D打印材料。”普渡大學萊爾大學土木工程學院教授Pablo Zavattieri說。

骨骼通過稱為小梁的海綿狀結構獲得耐用性，該海綿狀結構是由相互連接的垂直板狀支桿和水平桿狀支桿作為支柱和梁組成的網(wǎng)絡。小梁越密集，骨骼在日常活動中就越有彈性。

研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管垂直支撐桿有助于骨骼的剛度和強度，但實際上看似微不足道的水平支撐桿卻可以增加骨骼的疲勞壽命。

模擬顯示，水平支柱對于延長骨骼的疲勞壽命至關重要。向骨骼啟發(fā)的3D打印的聚合物施加載荷證實了這一發(fā)現(xiàn)。水平支撐桿越厚，聚合物承受載荷的時間就越長。

由于增厚支撐桿不會顯著增加聚合物的質(zhì)量，因此研究人員認為，這種設計對于制造更具彈性的輕質(zhì)材料很有用。進一步研究這些結構可以為治療骨質(zhì)疏松癥的患者提供更好的方法。

同時，3D打印的房屋和辦公空間正在進入建筑行業(yè)。可以通過重新設計水泥本身的內(nèi)部結構或“架構”來完善3D打印建材。Zavattieri的實驗室一直在開發(fā)受自然啟發(fā)的建筑材料，增強其性能并使其更具功能性。