3D打印材料的控制實現新高度

材料牛注：本文介紹了一種新型3D打印材料的方法。這種方法利用陶瓷泡沫油墨設計出了具有獨立調控宏觀和微觀孔隙率的3D材料，這項技術未來有望應用了具有多功能的輕質結構材料的制備。

大自然用有限的設計材料創造奇妙的產物。例如，草可以支撐其自身重量，抵抗強風力負荷，并且能在被吹倒之后恢復。植物的耐寒性來自它中空、管狀宏觀結構和多孔或細胞微結構的組合。這些結構特征共同作用，使得草具有強大的機械性能。

受自然界細胞結構的啟發，哈佛大學生物啟發工程懷斯研究所，哈佛大學約翰·鮑爾森工程與應用科學學院（SEAS）和麻省理工學院的研究人員開發了一種制備新型3D打印材料的方法。這個方法利用陶瓷泡沫油墨來實現宏觀和微觀孔隙率的獨立調控。他們的方法可以用于制造輕質結構材料、隔熱或組織支架。

懷斯研究所核心教員，SEAS生物啟發工程的Hansj?rg Wyss教授，同時也是本文的資深作者Jennifer Lewis提到：“通過擴大可印刷材料的組成空間，我們可以生產出具有特殊剛度的輕質結構”。

Lewis實驗室使用的陶瓷泡沫油墨含有氧化鋁顆粒，水和空氣。

Lewis實驗室的研究生，也是本文的第一作者Joseph Muth說：“泡沫油墨很有趣，因為你可以在更大的細胞宏觀結構中對其微觀結構進行數字圖案化。油墨凝固后，得到的結構由被多個長度尺度的陶瓷材料包圍的空氣組成。當你在結構中加入孔隙時，你將賦予它本來不會有的性質。”

通過控制泡沫的微觀結構，研究人員可以調控油墨的性能，以及它在微觀尺度上如何變形。 通過優化，團隊可以打印具有可調幾何形狀，密度和剛度的輕質六角形和三角形蜂窩。

麻省理工大學材料科學和工程的Matoula S. Salapatas教授，也是本文的共同作者Lorna Gibson博士說，“這個過程結合了兩個世界的優勢，你可以通過泡沫處理和全局架構控制來實現微觀結構控制。因為我們正在打印已經包含特定微結構的東西，所以不必對每個單獨的樣品進行圖案化。這就使我們能夠以比以前更可控的方式來獲得具有特定層次的結構。

Muth說，“現在我們可以制造多功能材料，在這些材料中，包括機械性能、熱性能和傳輸特性在內的許多不同的材料特性可以在一個簡單的打印步驟中進行結構優化。”

雖然該團隊專注于用于該研究的單一陶瓷材料，但可印刷泡沫油墨還是可以由許多材料制成的，包括其他陶瓷、金屬和聚合物。

Lewis說，“這項工作代表了邁向構建多孔材料的可擴展制造的重要一步。”

原文鏈接：New level of control over the structure of 3D-printed materials

本文由編輯部月亮提供素材，馮娜編譯，時冰遙審核，點我加入材料人編輯部

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