3D打印采用增材制造的成型工藝,能夠加工傳統工藝加工不了的結構,因此很多獨特的仿生結構都使用3D打印來(lái)驗證,具有復合特征的仿生結構因獨特的機械性能,為各種工程應用開(kāi)發(fā)設計優(yōu)異性能的結構提供了設計思路。3D打印可快速制造各種復雜結構,為仿生結構的設計、制造和驗證提供了新方法。
中國科學(xué)院福建物質(zhì)結構研究所面向輕量化3D打印結構在鞋業(yè)和汽車(chē)等領(lǐng)域的應用開(kāi)展研究。受自然界生物結構兼具剛度和柔韌性的特征啟發(fā),科研人員通過(guò)分級彎曲和拉伸主導的結構來(lái)設計混合架構的晶格。進(jìn)一步,該工作使用純樹(shù)脂及高二氧化硅固含的復合材料,采用3D打印方式制備了以上晶格結構,并將結果與理論分析數據進(jìn)行比較以驗證設計合理性。
結果表明,該結構設計比單一晶格拓撲結構的模量和應變能量密度提高了7倍。添加填料進(jìn)一步將結構的剛度提高12倍以上,且減少了結構屈曲。此外,該工作還評估了帶有石墨烯基涂層表面的混合晶格設計特性。該研究設計的晶格結構具有良好的彈性恢復能力,且功能化特性也得到了拓展。
科研人員將3D打印用于防滑鞋底設計。仿照樹(shù)蛙等動(dòng)物的足底結構進(jìn)行仿生設計,結合材料研發(fā)和有限元計算,通過(guò)3D打印獲得在潮濕表面仍有良好摩擦力的結構。上述成果表明,3D打印可用于具有優(yōu)異性能的仿生結構制造和驗證。
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