阿布扎比科学家为3D打印轻量结构式泡沫技术申请专利

日前，来自阿布扎比Masdar科学技术研究院的研究人员刚提交了一份引人注目的3D打印专利申请。申请对象为一种3D打印超强轻量级“结构式泡沫”构造的新方法。“结构式泡沫”构造可以使用包括塑料和合成材料在内的各种材料。由于其独特的蜂窝结构，这些3D打印构造可能会在航空航天、医疗和汽车工业领域被用来制造机器。它们甚至可以通过编程来实现良好的热、电或机械性能，这为其更加广泛的应用奠定了基础。

这个重大突破是由该研究院器械与材料工程副教授Rashid Abu Al-Rub博士领导的研究团队完成的。该团队的这项研究成果已经在5个同行评审期刊上发表，其中包括Composites Science and Technology。同时，他们已经准备好为此项研究申请专利。更重要的是，团队成员认为他们的3D打印构造可以让任何依赖于超强轻量级传导材料的工业效率更高，如能源、水和石油天然气工业。

Abu Al-Rub教授解释道，他们的泡沫构造的关键点在于其内部的3D打印几何结构，或又被称为内部结构。类似于为埃菲尔铁塔提供支撑力量和平衡的格子状钢横梁和支柱，这些蜂窝结构通过90%是由空气构成的内部几何结构实现力量支撑。“我们并没有创造新材料，相反，我们只是在重新构建已有材料，比如钢和塑料。通过改变材料的内部几何结构，我们可以实现想要的特性，如硬度、导电性、多孔性等”，Abu Al-Rub教授说。他们已经使用电脑模型生成了成千上万种不同的泡沫构造，而每种都有独特的几何特性。

借助电脑模型，这个平台使用起来十分方便。研究员只需简单地为泡沫构造选择想要的特性，比如增强的电或热性能、硬度或者预期的重量。随后，运算法则会选择最合适的几何结构。这些几何结构会被3D打印出来，然后被用去加强现有材料的特性或被当做一个单独的泡沫构造使用。

甚至泡沫构造的多孔性也能通过电脑模型实现，而这将成为控制气体和液体流量分配的完美选择。研究人员认为它也能被用于石油和天然气操控、海水淡化和废水处理等。“泡沫构造可以被用来最大限度的提高气体流量，提高催化式排气净化器的转化效率从而减少汽车发动机产生的温室气体的排放”，Oraib Al-Ketan教授补充道。

当然，用泡沫构造的建筑本身就特别复杂，因此使建造也变得十分困难。3D打印已经在改变几何公约，而泡沫3D打印技术让3D打印在这方面走得更远。从纳米尺度、比人类头发细一万倍的精度到宏观尺度用毫米测量）的任何地方，3D打印让一切皆有可能实现。“关于如何设计材料，我们已经形成了一个模式。目前，人们根据材料的现有化学构成、结构和相应特性来设计材料。而我们则首先关注你在产品应用中所需要的材料特性，然后应用我们的专属设计方法来优化材料结构和它的内部几何结构，从而得到你所需要的特性”，Abu Al-Rub教授说道。

这项新技术来得十分及时，Masdar研究院的研究副总裁Dr. Steve Griffiths相信它会给许多行业带来重大影响。