模仿骨骼结构使3D打印轻质材料使用寿命更为持久

来源：Purdue University

研究人员模仿骨骼结构中的“梁”并使之厚约30％时，他们可以使人造材料的使用寿命延长多达100倍。“骨头就像一栋建筑物。它承受大部分载荷的是这些梁和连接这些梁的梁。我们可以从这些材料结构中学习，以创建用于建筑物和其他结构的更坚固的3D打印材料。”普渡大学莱尔大学土木工程学院教授Pablo Zavattieri说。

骨骼通过称为小梁的海绵状结构获得耐用性，该海绵状结构是由相互连接的垂直板状支杆和水平杆状支杆作为支柱和梁组成的网络。小梁越密集，骨骼在日常活动中就越有弹性。

研究人员发现，尽管垂直支撑杆有助于骨骼的刚度和强度，但实际上看似微不足道的水平支撑杆却可以增加骨骼的疲劳寿命。

模拟显示，水平支柱对于延长骨骼的疲劳寿命至关重要。向骨骼启发的3D打印的聚合物施加载荷证实了这一发现。水平支撑杆越厚，聚合物承受载荷的时间就越长。

由于增厚支撑杆不会显着增加聚合物的质量，因此研究人员认为，这种设计对于制造更具弹性的轻质材料很有用。进一步研究这些结构可以为治疗骨质疏松症的患者提供更好的方法。

同时，3D打印的房屋和办公空间正在进入建筑行业。可以通过重新设计水泥本身的内部结构或“架构”来完善3D打印建材。Zavattieri的实验室一直在开发受自然启发的建筑材料，增强其性能并使其更具功能性。