勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的材料科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，3D打印泡沫比標準的蜂窩材料具有更好的耐久性和長期力學(xué)性能。

    泡沫，也被稱為蜂窩固體，是在隔熱、減震緩沖，以及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和氣浮部件等應(yīng)用中用得很多的一類重要材料。它們的應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車，航空航天，電子，海洋，生物醫(yī)學(xué)，包裝和國防。傳統(tǒng)泡沫被創(chuàng)建成一個高度非均勻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在大小、形狀、厚度、連通性和拓撲結(jié)構(gòu)的組成細胞等方面具有顯著尺寸變化的。

2種不同泡沫材料的微觀結(jié)構(gòu)：（左）傳統(tǒng)的隨機開孔泡沫；（右）以面心為中心的四方晶格結(jié)構(gòu)的3D打印泡沫。

    近日，在LLNL添加劑制造實驗室的科學(xué)家展示了用3D打?。ㄖ苯佑湍〈a）來生產(chǎn)更均勻的泡沫結(jié)構(gòu)的可行性。然而，由于3D打印需要使用具有特定性質(zhì)的聚合物，所以在打印材料被商業(yè)化之前了解他們的長期的機械穩(wěn)定性非常重要。

    為了解決穩(wěn)定性問題，LLNL的團隊進行了加速老化實驗，對傳統(tǒng)泡沫和3D打印材料的樣品進行一系列高溫恒應(yīng)變。在該應(yīng)力狀態(tài)下，對每個樣品的機械響應(yīng)和永久性的結(jié)構(gòu)變形用時間-溫度疊加法進行了為期一年的監(jiān)測（監(jiān)測時間據(jù)具體情況而定）。

    這項研究表明，與傳統(tǒng)材料相比，尤其在保持機械和結(jié)構(gòu)特征方面，3D打印材料老化更慢。有趣的是，泡沫材料中的天然橡膠（即彈性體）卻表現(xiàn)出完全相反的特點，即在3D打印的泡沫中老化得反而更快。

    為了進一步了解為什么蜂窩材料通常顯示優(yōu)越的長期穩(wěn)定性，團隊用 x 射線計算機層析成像技術(shù)顯示出每個樣品的3D微結(jié)構(gòu)，并用微結(jié)構(gòu)展示了有限元分析的應(yīng)力分布。他們發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)的泡沫中局部應(yīng)力更廣泛的變化，最大應(yīng)力點的變化。

    “3D打印泡沫在可編程架構(gòu)、可定制形狀、可調(diào)的機械反應(yīng)方面提供了極大的靈活性，”主要作者Amitesh Maiti說道，“現(xiàn)在，我們的工作有力地表明了優(yōu)越的長期穩(wěn)定性和打印材料的性能，完全可以考慮在未來應(yīng)用中設(shè)計適當(dāng)?shù)?D打印泡沫更換傳統(tǒng)的泡沫。”

    論文地址：3D printed cellular solid outperforms traditional stochastic foam in long-term mechanical response

    原文鏈接：Uniform 3D printed foam looks good for its age