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

在蘇黎世聯(lián)邦理工學院(ETH Zurich)和麻省理工學院(MIT)的研究人員的共同努力下，一種材料被3D打印出來，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，通常對于預期的應用程序來說太重了(而且很浪費)。以飛機為例：它們的框架必須是剛性的，這樣飛機才不會被輕微的氣流壓垮，但如果用實心鋼建造框架，飛機就會重得飛不起來。

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的同時最小化材料的使用和體積。

但蘇黎世聯(lián)邦理工學院(ETH Zurich)材料計算建模教授德克莫爾(Dirk Mohr)知道，還有更堅固的幾何結(jié)構(gòu)可用，他解釋說，“桁架原理非常古老；長期以來，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，所以它們通常被認為是理想的輕量結(jié)構(gòu)。然而，利用計算機計算、理論和實驗測量，我們現(xiàn)在已經(jīng)建立了一個新的板格結(jié)構(gòu)家族，它比同樣重量和體積的桁架結(jié)構(gòu)要堅固三倍。

板格不僅以剛度(彈性變形阻力的測量)打破記錄，而且以強度(不可逆變形阻力的測量)打破記錄。與大多數(shù)施工方法不同的是，剛度和強度在所有三個維度上都是相等的。但對于埃菲爾鐵塔來說，這就不能這么說了，因為它的設計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，無法驗證這一理論。

這些晶格結(jié)構(gòu)是用計算機模型設計的，這些模型可以實時計算它們的力學性能。然后他們被3D打印在微米尺度上進行測試。莫爾指出，強度增加將適用于所有材料和所有規(guī)模。他說：“輕型建筑目前的成本限制了它在飛機制造和空間應用方面的實際用途，因此它也可以被廣泛應用于重量起作用的各種應用。”

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。莫爾說:“當時機成熟時，只要輕質(zhì)材料大規(guī)模生產(chǎn)出來，這些周期性的板格就會成為設計的首選�！�

來源：3D打印智造網(wǎng)