勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的材料科學家發現，3D打印泡沫比標準的蜂窩材料具有更好的耐久性和長期力學性能。

    泡沫，也被稱為蜂窩固體，是在隔熱、減震緩沖，以及輕質結構和氣浮部件等應用中用得很多的一類重要材料。它們的應用領域包括汽車，航空航天，電子，海洋，生物醫學，包裝和國防。傳統泡沫被創建成一個高度非均勻結構，該結構在大小、形狀、厚度、連通性和拓撲結構的組成細胞等方面具有顯著尺寸變化的。

2種不同泡沫材料的微觀結構：（左）傳統的隨機開孔泡沫；（右）以面心為中心的四方晶格結構的3D打印泡沫。

    近日，在LLNL添加劑制造實驗室的科學家展示了用3D打印（直接油墨印碼）來生產更均勻的泡沫結構的可行性。然而，由于3D打印需要使用具有特定性質的聚合物，所以在打印材料被商業化之前了解他們的長期的機械穩定性非常重要。

    為了解決穩定性問題，LLNL的團隊進行了加速老化實驗，對傳統泡沫和3D打印材料的樣品進行一系列高溫恒應變。在該應力狀態下，對每個樣品的機械響應和永久性的結構變形用時間-溫度疊加法進行了為期一年的監測（監測時間據具體情況而定）。

    這項研究表明，與傳統材料相比，尤其在保持機械和結構特征方面，3D打印材料老化更慢。有趣的是，泡沫材料中的天然橡膠（即彈性體）卻表現出完全相反的特點，即在3D打印的泡沫中老化得反而更快。

    為了進一步了解為什么蜂窩材料通常顯示優越的長期穩定性，團隊用 x 射線計算機層析成像技術顯示出每個樣品的3D微結構，并用微結構展示了有限元分析的應力分布。他們發現在傳統的泡沫中局部應力更廣泛的變化，最大應力點的變化。

    “3D打印泡沫在可編程架構、可定制形狀、可調的機械反應方面提供了極大的靈活性，”主要作者Amitesh Maiti說道，“現在，我們的工作有力地表明了優越的長期穩定性和打印材料的性能，完全可以考慮在未來應用中設計適當的3D打印泡沫更換傳統的泡沫。”

    論文地址：3D printed cellular solid outperforms traditional stochastic foam in long-term mechanical response

    原文鏈接：Uniform 3D printed foam looks good for its age