受竹子與海螺殼啟發(fā)，UTA研究人員開(kāi)發(fā)新型仿生3D打印復(fù)合材料

導(dǎo)讀：仿生設(shè)計(jì)正成為材料科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新的強(qiáng)大引擎。隨著多材料3D打印技術(shù)的不斷進(jìn)步，研究人員能夠以前所未有的方式模擬自然界的結(jié)構(gòu)，探索新一代兼具高韌性與耐損傷性能的復(fù)合材料。

2025年7月21日，南極熊獲悉，德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校（UTA）工程學(xué)院機(jī)械與航空航天工程系的研究員Shiyao Lin即將啟動(dòng)一項(xiàng)名為“基于混合仿生設(shè)計(jì)和多材料增材制造的新型耐損傷復(fù)合材料”的研究項(xiàng)目。

該項(xiàng)目由UTA研究與創(chuàng)新副總裁辦公室管理的研究增強(qiáng)計(jì)劃（REP）資助，旨在為研究人員提供種子資金，以便測(cè)試新想法并探索新方向，從而帶來(lái)未來(lái)的創(chuàng)新，并為聯(lián)邦機(jī)構(gòu)和非營(yíng)利基金會(huì)提供更具競(jìng)爭(zhēng)力的外部資金提案。

Lin博士正在開(kāi)發(fā)下一代耐損傷復(fù)合材料，設(shè)計(jì)靈感源自自然界的材料，如竹子和海螺殼。這些混合仿生結(jié)構(gòu)將采用多材料3D打印技術(shù)制造，并進(jìn)行強(qiáng)度和耐久性測(cè)試。

△UTA工程學(xué)院機(jī)械與航空航天工程系研究員

自然啟發(fā)的3D打印復(fù)合材料

這個(gè)研究項(xiàng)目旨在通過(guò)自然的視角探索材料科學(xué)，研究自然結(jié)構(gòu)如何防止損傷和斷裂研究人員希望通過(guò)研究這些材料中裂紋形成和擴(kuò)展的基礎(chǔ)物理原理，探索提高工程復(fù)合材料韌性的新方法。項(xiàng)目融合了多種鮮為人知的仿生結(jié)構(gòu)，并將通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和計(jì)算建模驗(yàn)證3D打印符合材料的有效性。

這些設(shè)計(jì)有望催生出更堅(jiān)固、更安全的材料，用于航空航天工程、汽車制造和個(gè)人防護(hù)裝備。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的潛在應(yīng)用范圍非常廣泛，包括能夠更好地承受壓力的飛機(jī)部件、提升乘客安全性的汽車零部件，以及具有先進(jìn)能量吸收功能的防彈衣。這些影響深遠(yuǎn)的應(yīng)用將具有廣泛的意義。

項(xiàng)目的第一步是創(chuàng)建一個(gè)受竹子和海螺殼啟發(fā)的混合設(shè)計(jì)。竹子的天然細(xì)胞結(jié)構(gòu)有助于防止裂縫的形成，而海螺殼的層狀結(jié)構(gòu)則可以有效防止斷裂。UTA團(tuán)隊(duì)將使用多材料3D打印機(jī)構(gòu)建這些混合結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行機(jī)械測(cè)試以評(píng)估抗壓性能。

Shiyao Lin博士表示：“這項(xiàng)資助將培養(yǎng)研究生和本科生的分析和動(dòng)手能力，并拓寬工程專業(yè)學(xué)生在動(dòng)物學(xué)和生物學(xué)方面的知識(shí)視野?！痹擁?xiàng)目不僅有望推動(dòng)航空航天、汽車制造和個(gè)人防護(hù)裝備等領(lǐng)域的材料升級(jí)，也為工程學(xué)科學(xué)生提供了跨學(xué)科實(shí)踐與學(xué)習(xí)的寶貴機(jī)會(huì)。