蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院3D打印出最堅(jiān)硬的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH Zurich)和麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員的共同努力下，一種材料被3D打印出來(lái)，其剛度明顯接近物理定律所允許的剛度重量比的理論最大值。任何給定材料中最堅(jiān)硬的格式是完全固體的格式，但這也是該材料最重的格式，通常對(duì)于預(yù)期的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)太重了(而且很浪費(fèi))。以飛機(jī)為例：它們的框架必須是剛性的，這樣飛機(jī)才不會(huì)被輕微的氣流壓垮，但如果用實(shí)心鋼建造框架，飛機(jī)就會(huì)重得飛不起來(lái)。

相反，工程師們使用幾何圖形從最少的材料中提取出最多的剛度：拱、桁架和梁都是將材料排列成最堅(jiān)硬的幾何形狀的施工方法，以便在保持足夠的剛度完成特定任務(wù)的同時(shí)最小化材料的使用和體積。

但蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH Zurich)材料計(jì)算建模教授德克莫爾(Dirk Mohr)知道，還有更堅(jiān)固的幾何結(jié)構(gòu)可用，他解釋說(shuō)，“桁架原理非常古老；長(zhǎng)期以來(lái)，它被用于半木結(jié)構(gòu)房屋、鋼橋和鐵塔，如埃菲爾鐵塔。我們可以透過桁架格看到它們，所以它們通常被認(rèn)為是理想的輕量結(jié)構(gòu)。然而，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算、理論和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，我們現(xiàn)在已經(jīng)建立了一個(gè)新的板格結(jié)構(gòu)家族，它比同樣重量和體積的桁架結(jié)構(gòu)要堅(jiān)固三倍。

板格不僅以剛度(彈性變形阻力的測(cè)量)打破記錄，而且以強(qiáng)度(不可逆變形阻力的測(cè)量)打破記錄。與大多數(shù)施工方法不同的是，剛度和強(qiáng)度在所有三個(gè)維度上都是相等的。但對(duì)于埃菲爾鐵塔來(lái)說(shuō)，這就不能這么說(shuō)了，因?yàn)樗�的設(shè)計(jì)主要是為了抵抗向下的力，或重力。幾乎不需要側(cè)向力就能把塔撞翻，好在金剛不存在，無(wú)法驗(yàn)證這一理論。

這些晶格結(jié)構(gòu)是用計(jì)算機(jī)模型設(shè)計(jì)的，這些模型可以實(shí)時(shí)計(jì)算它們的力學(xué)性能。然后他們被3D打印在微米尺度上進(jìn)行測(cè)試。莫爾指出，強(qiáng)度增加將適用于所有材料和所有規(guī)模。他說(shuō)：“輕型建筑目前的成本限制了它在飛機(jī)制造和空間應(yīng)用方面的實(shí)際用途，因此它也可以被廣泛應(yīng)用于重量起作用的各種應(yīng)用�！�

從摩天大樓到醫(yī)療植入物再到汽車零部件，這些3D打印的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以讓它們變得更輕更結(jié)實(shí)。莫爾說(shuō):“當(dāng)時(shí)機(jī)成熟時(shí)，只要輕質(zhì)材料大規(guī)模生產(chǎn)出來(lái)，這些周期性的板格就會(huì)成為設(shè)計(jì)的首選。”

來(lái)源：3D打印智造網(wǎng)