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一種用于跑鞋和記憶泡沫枕頭的材料激發(fā)了一種 3D 打印產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，它可以幫助保護(hù)建筑物免受碰撞損害和其他高沖擊力的影響，即一輛以 60 公里 / 小時(shí)速度行駛的汽車。

昆士蘭大學(xué)材料科學(xué)中心和昆士蘭大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院的 Tatheer Zahra 博士發(fā)表在《智能材料與結(jié)構(gòu)》上，他使用現(xiàn)成的生物塑料來打印 3-D 幾何形狀，模仿輔助材料的行為。

輔助材料在拉伸時(shí)不會(huì)變平，在壓縮時(shí)不會(huì)隆起，而是在所有方向上同時(shí)膨脹或收縮，這使它們具有高度的能量吸收能力和抗負(fù)荷能力。

但現(xiàn)有的商業(yè)輔助材料價(jià)格昂貴，而且在當(dāng)?shù)責(zé)o法買到，所以博士設(shè)計(jì)了能實(shí)現(xiàn)相同行為的幾何形狀。

Zahra 博士說，3D 打印輔助幾何形狀有可能取代復(fù)合材料中的鋼和纖維增強(qiáng)聚合物網(wǎng)加固，也可以作為一種靈活和廣泛適用的保護(hù)墻。

能量吸收功能相當(dāng)于在一個(gè)完整的建筑墻面上安裝一個(gè) 20 毫米厚的增強(qiáng)復(fù)合材料保護(hù)層，可以抵御一輛以 60 公里 / 時(shí)速度行駛的汽車的沖擊力。

不僅如此，博士說，對磚石墻的保護(hù)特別重要，因?yàn)樗谴蠖鄶?shù)商業(yè)和住宅建筑的重要組成部分。磚石是一種非常便宜的材料，它與木材或鋼材相比有更好的防火性能，但它的砂漿連接處會(huì)削弱整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。如果將輔助幾何形狀嵌入到砂漿中，制成保護(hù)性的復(fù)合材料，也能延長結(jié)構(gòu)的壽命。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的驗(yàn)證，Zahra 博士現(xiàn)在的目標(biāo)是在 QUT Banyo 試驗(yàn)工廠的全規(guī)模砌體和混凝土結(jié)構(gòu)上測試這些設(shè)計(jì)。

三維打印還將使我們能夠改變材料、尺寸或幾何形狀的設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)和負(fù)載要求。此外，生物塑料為纖維增強(qiáng)塑料或其他非生物降解聚合物提供了更可持續(xù)的低碳排放替代品。這也比使用現(xiàn)有的輔料織物更具成本效益，因?yàn)檩o料織物的價(jià)格可能高達(dá)每平方米 400 美元，而且不能生物降解。

該研究論文題為 "Behaviour of 3D Printed Re-entrant Chiral Auxetic ( RCA ) Geometries under In-Plane and Out-of-Plane Loadings"，已發(fā)表在《智能材料與結(jié)構(gòu)》期刊上。主要作者為 Tatheer Zahra。