勞倫斯·利弗摩爾國家實驗室（LawrenceLivermore National Laboratory，LLNL）的材料學家們發現，3D打印泡沫的耐久性和長期使用機械性能均優于傳統多孔材料。

    泡沫，也稱為多孔固體，在隔熱、輕質結構和漂浮部件的減震支撐等方面具有重要的作用。這種材料是許多工業領域的重要組分部分，涉及汽車、航空航天、電子、海洋、生物醫學、包裝和國防等領域。傳統工藝制備的泡沫材料結構高度不對稱，其孔隙尺寸、形狀、厚度、連通性和拓撲結構離散程度很高。

    最近，LLNL增材制造實驗室的科學家們通過一種“直接墨水寫入”的方法證明了3D打印制備均勻泡沫結構的可行性，該方法將成為泡沫結構制造的改進替代方案。然而，3D打印需要使用具有特殊性質的聚合物，在這些打印材料商業化應用之前，了解其長期使用的機械穩定性是非常重要的。在作為諸如支撐墊的應用中，泡沫材料需長期承受機械應力，因此其機械穩定性至關重要。

    為了解決穩定性的問題，LLNL團隊對傳統泡沫材料和3D打印材料的樣品進行了加速老化實驗，使其在恒定壓縮應變下經歷一系列升溫過程。對每個樣品的應力條件、機械響應和永久結構形變進行持續一年甚至更長時間的監測，然后使用時間-溫度疊加的方法定量模擬在環境條件下幾十年內這些性質的演變過程。

    這項研究證明，與其它傳統的材料相比，3D打印材料老化速度較慢，即能更好地保持它的機械和結構特性。有趣的是，泡沫材料中的天然橡膠（即彈性體）卻顯示出完全相反的性質，即打印材料中的橡膠比傳統泡沫中使用的橡膠老化得快。

    為了進一步解釋打印泡沫材料顯示出的優越的長期穩定性，該團隊利用X射線計算機斷層掃描技術對每個泡沫樣品的3D微結構進行成像，并對每個微孔結構中的應力分布進行了有限元分析。他們發現傳統泡沫材料內的局部應力變化范圍更大，極限應力顯著高于更均勻的3D打印泡沫材料的最大應力點。

    第一作者Amitesh Maiti說“3D打印泡沫在創建可編程架構、特定形狀和可調諧的機械響應方面具有巨大的靈活性。我們的工作表明打印材料具有良好的機械性能和長期穩定性，未來特定應用中用恰當設計的3D打印泡沫替代傳統泡沫材料將成為必然。”

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責任編輯：劉洋

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