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美国科学家团队开发了一种用陶瓷泡沫油墨制备孔隙度可调3D打印多孔材料的新方法

2017-02-08 200浏览 标签: 美国3D打印

2017年2月6日,来自美国哈佛大学和麻省理工学院的科学家组成的团队开发了一种使用陶瓷泡沫油墨制备孔隙度可调3D打印多孔材料的新方法。此种方法可用于制造轻量结构材料、保温材料或组织支架。

自然界中的材料可以做出令人惊叹的事,比如,草不仅可以支撑自身的重量,还可以抵抗强风,并且可以在压缩之后恢复。植物的坚韧性来自其中空、管状宏观结构与多孔、蜂窝状微结构的组合。这些结构特性组合在一起使草具有强大的机械性能。受到自然材料结构的启发,来自哈佛大学和麻省理工学院的研究人员开发了这种新的使用陶瓷泡沫油墨3D打印孔隙度可调多孔材料的方法。

哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS生物工程教授、此篇论文的作者Jennifer Lewis说:通过扩大可打印材料的组成空间,我们可以生产具有特殊刚度的轻质结构。 Lewis带领的团队使用的陶瓷泡沫油墨含有氧化铝颗粒、水和空气。Lewis实验室的研究生、本文第一作者Joseph Muth说:“油墨凝固后,我们所得到的结构由被陶瓷材料包围的空气组成。当你在一个结构中添加孔隙时,你赋予了这个结构它本来不会有的性质。”

通过控制泡沫的微观结构,研究人员调整了油墨的性能及其在微观尺度上是如何变形的。在优化后,该团队打印了轻量且几何形状、密度和刚度可调的六边形和三角形蜂窝状结构。麻省理工学院材料科学和工程教授、此篇学术论文的共同作者Lorna Gibson说:这个生产工艺使我们既可以通过泡沫工艺获得对微结构的控制,又可以通过打印获得对整体结构的控制。因为我们打印的是已经包含特定微结构的东西,所以我们不必对每个单独的部分进行图案化。这使我们能够以更可控的方式生产具有特定层次的结构。Muth说:我们现在可以制造多功能材料,这些材料的许多性能,包括机械性能、热学性能和传输性能都可以在使用一步打印获得的结构中优化。”

虽然该团队专注于使用一种陶瓷材料进行该项研究,但是印刷泡沫油墨还可以由许多其它材料制成,比如其它陶瓷、金属和聚合物。Lewis说:“这项工作代表我们向可规模化制造多孔结构材料迈出了重要的一步。”目前,哈佛大学的技术开发办公室(OTD)已提交了专利申请,并正在考虑其商业化的机会。



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