研究人员香港城市大学（Cityu）提出了一种使3D打印的聚合物晶格零件比以前强100倍的方法。
与传统的热处理以可变形性为代价增强塑料印刷物体的传统热处理相比，Cityu方法仅部分碳酸化，以使它们更健壮，并且是延展性的两倍。该团队说，有可能实现具有针对特定应用程序（例如冠状动脉支架或生物植入物）的机械性能的复杂3D打印。
“We found a way to convert weak and brittle 3D printed photopolymers into ultra-tough 3D architectures comparable to metals and alloys just by heating them under the right conditions, which is surprising,” says CityU Professor Lu Yang. “Our work provides a low-cost, simple and scalable route for making lightweight, strong and ductile mechanical metamaterials with virtually any geometry.”
追逐材料的“圣杯”
根据Cityu科学家的说法，开发一种与具有超高强度和延展性水平的同时轻量级的聚合物被认为是材料研发的“圣杯”，但这些特性通常“相互排斥”。
This is because pyrolysis, a process often used to transform plastic parts into reinforced carbon via heating in an inert atmosphere, deprives the original polymer of almost all its deformability. While the team acknowledges the existence of other plastic-strengthening methods, they say these also lead to an “intrinsic brittleness and low toughness” that “limits [resulting parts’] structural applications.”
In particular, these drawbacks have restricted the manufacture of parts from ‘metamaterials,’ those engineered to have properties not found in naturally-occurring feedstocks. Certain iterations of these can be used to create microlattices, which combine lightweight structural design with the qualities of their constituent materials, but the researchers say their 3D printability remains limited.
Yang补充说：“强大而坚固的架构组件通常需要3D打印金属或合金，但是由于商用金属3D打印机和原材料的高成本和低分辨率，它们不容易获得。”雷电竞app下载“聚合物更容易获得，但通常缺乏机械强度或韧性。”
开发100次更强硬的聚合物
在研究3D打印聚合物晶格的过程中，Cityu团队说，他们提出了一种将它们加热到“魔术般”部分碳化状态的方法。通过仔细控制热解过程中的加热速率，温度，持续时间和气体环境，科学家发现有可能在单一步骤中增强微层的刚度，强度和延展性。
研究人员通过一系列的表征技术进行了发现，该技术表明，缓慢的加热导致在热解转化过程中材料的聚合链不完全转化。这产生了一种杂种材料，其中结构增强碳片段和松散的交联聚合物链，以防止复合材料破裂，协同共存。
通过进一步的研发，研究人员继续发现，聚合物与碳碎片的比率对于强度和延展性优化部分的产生也至关重要。该团队对他们的理论进行了测试，创建了几个测试印刷品，在该图案上，他们可以在其中开发一个碳化的晶格，其强度是100倍，并且是以前的两倍。
As an added benefit, the researchers’ ‘hybrid-carbon’ microlattice also showed better biocompatibility than its base polymer, and even proved more capable of supporting cell bioactivity. With this in mind, the team believe their process could be used to widen the functionalities of various other polymers moving forwards, and unlock new medical, robotic and energy device 3D printing materials.
3D打印中的晶格加固
一段时间以来，3D印刷行业已经存在了具有晶格几何形状以减轻体重的同时提高其影响吸收和材料效率的概念。于2022年6月推出Ntopology的新晶格设计工具now allow users to apply advanced DfAM techniques to streamline the lattice generation process, and it’s said to have more upgrades in the pipeline.
一般格子甚至已被授予美国军队to develop3D打印的吸收能量的战斗头盔具有高级晶格几何形状。目前，该项目目前在芝加哥格林特将军的设施中，该公司开发了一种预测建模工具集，用于设计和生成改进的晶格材料。
在更实验的层面上，生产服务提供商快速产品制造(RPM) has been awarded a research grant to develop complex3D printed lattices for consumer goods申请。使用碳数字光合成（DLS）技术和EPU41/EPU40材料，RPM正在努力创建具有工业和消费品潜力的复杂弹性结构。
研究人员的发现在其论文中详细介绍了“轻量级，超阻-Tough，3D架构的混合碳微型。” The study was co-authored by James Utama Surjadi, Yongsen Zhou, Siping Huang, Liqiang Wang, Maoyuan Li, Sufeng Fan, Xiaocui Li, Jingzhuo Zhou, Raymond H.W. Lam, Zuankai Wang and Yang Lu.
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特色图像显示了一组3D打印样品，这些样品已使用该团队的部分碳化技术进行了处理。图片通过Cityu的James Surjadi等人。
