哈佛大学“旋转3D打印”技术制造可编程工程复合材料

发布时间：2018/4/4 0:09:24

天然复合材料如木材和骨头，其可以说是轻质和密度与所需的机械性能进行了完美的结合，这通常是由于系统内纤维的复杂和多样化排列造成的。尽管人类已经能够制造出越来越复杂的复合材料，但是，想要再现自然界中发现的特殊机械性能和复杂微结构，则仍颇具挑战。

来自哈佛JohnA.Paulson工程与应用科学学院（SEAS，Cambridge，MA，US）的研究人员，提出了一种受自然复合材料启发的全新3D打印方法。这项新技术是为了能够在打印部件的每个位置都实现*佳的短纤维排列。

该研究的资深作者Jennifer A Lewis，以及哈佛海洋生物启发工程学院Hansjorg Wyss教授说：“能够在工程复合材料中局部控制纤维取向是一个巨大的挑战。现在我们可以用分层的方式对材料进行图案化，就像自然构建的方式一样。”

该团队的论文发表于2月份的《美国国家科学院院刊》上，并称这种方法为“旋转3D打印”技术。该方法通过使用能够控制喷射速度和旋转角度的喷嘴，来对聚合物基体中的嵌入式纤维的排列进行编程，创建出对强度、刚度和损伤容限进行优化的结构材料。

虽然刘易斯的团队致力于制造碳纤维环氧树脂复合材料，但该方法可能具有深远的应用前景。旋转喷嘴理论上可以用于任何材料的挤出打印方式，从熔融丝制造、直接墨水书写，到大规模热塑性添加剂制造以及任何填充材料。

生物复合材料通常具有显著的机械性能：单位重量的高刚度、高强度以及高韧性。设计由生物复合材料启发的工程材料的突出挑战之一，即在小范围和局部水平上控制纤维排列。哈佛大学团队的这一成果则证明了这一方式的可行性，是生物复合材料设计的一大飞跃。

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