科学家们发现3D打印微观晶格结构有特殊属性

近日，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室LLNL）的研究人员对3D打印的晶格结构进行了一系列的动态压缩试验，发现这种3D打印的晶格结构拥有无序蜂窝材料所不具备的独特性能。这项研究得到了阿拉莫斯国家实验室LANL）人员的帮助。

在实验过程中，科学家们观察到了在压缩之前该结构就出现了弹性偏转，然后反过来，这个增材制造的晶格材料维持了一种前驱波，这种现象在有着类似密度的无序材料中是看不到的，这些无序材料包括随机开孔的泡沫等。

这项研究使科学家们能够构建起在动态载荷之下3D打印结构材料的精确模型。该研究发表在6月20日版的《Scientific Reports》上，该杂志隶属于《Nature》自然出版集团。

众所周知，现实世界充满了蜂窝结构，既有人造的，如桁架桥，也有天然的，如多孔骨组织等。这些实体通过拓扑而非复合的方式来实现优化，从而体现在整体材料上。在过去几十年里，蜂窝材料由于在热、电和光学性能方面的优势以及作为一种更加轻量的选择来替代大量材料的可能性，而受到很多关注。

据天工社了解，传统的材料设计依赖于对化学成分或微观结构尺度的操纵，比如晶粒尺寸分布等。但是随着增材制造通常被称为3D打印）技术的到来，科学家们就能更进一步操控蜂窝材料的结构，从而为这些材料带来纳米尺度上的秩序性和周期性。

据悉，最近的实验是在由国家核安全局NNSA）资助的Argonne国家实验室先进光子源动态压缩部门进行的。实验团队发现，在加载了冲击之后，弹性和压缩行为表现出了快速的集体反应。时间分辨阶段的对比成像为应力波在晶格结构的传播打开了一个前所未有的实时窗口。

“我们最基本的目的是要使这种工程结构在微米尺度上的集体属性来影响到材料的宏观力学反应。”LLNL材料科学家兼项目带头人Mukul Kumar说。

通过在微米尺度上应用结构工程原则，如桁架理论，科学家们就能够在纳米尺度上理解并组织结构和成分以实现材料的定制化设计。这将使科学家们有可能针对特定应用需要精确设计和开发材料属性。

参与该项目的其他LLNL研究人员包括Jonathan Lind、 Brian Maddox、 Matthew Barham,、Mark Messner和Nathan Barton，以及华盛顿州立大学的第一作者James Hawreliak之前在LLNL）和LANL的Brian Jensen。