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研究人员开发了由软体动物激发灵感的3D打印装甲

      中国3D打印网1月14日讯,弗吉尼亚理工学院和州立大学(VT)机械工程系副教授李(Ling Li)领导的研究开发了3D打印的柔性鳞片装甲,其灵感来自于一群海洋软体动物石鳖类这项研究刊登在《自然通讯》杂志上,旨在改善人造装甲中使用的刚性结构,这些结构通常会损害灵活性和可操作性。因此,使用参数计算模型和多材料3D打印,可以创建灵活的,可缩放的陶瓷装甲组件。
       李教授解释说:“大多数软体动物都有一个单一的硬壳,例如鲍鱼,或两片保护壳的贝壳,例如蛤。但是石鳖类有八个矿化的板块覆盖身体并围绕着它的底部,它有一个很小的鱼鳞状的腰带,像鱼鳞一样组装在一起,既提供了灵活性又提供了保护。”研究人员包括麻省理工学院,哈佛医学院,加利福尼亚州立大学,马克斯·普朗克胶体与界面研究所和怀斯研究所的成员。
3D打印的柔性装甲受到碎玻璃上的石鳖类软体动物的启发
  3D打印的柔性装甲受到碎玻璃上的石鳖类软体动物的启发。图片来自Virginia Tech。
  3D打印“腰带比例”装甲
        石鳖类物种具有数百个细小的矿化鳞片,排列在围绕它们重叠的壳板的软带上。根据研究人员的说法,这确保了运动的灵活性和对其下层软体的保护,并且是多功能装甲设计的出色模型。此外,研究小组指出,在这项研究之前,尚未对石鳖类的腰围鳞甲进行深入研究。李教授说:“我们以非常详细的方式研究了这种腰围鳞甲,我们量化了它的内部微观结构,化学成分,纳米机械性能和三维几何形状。我们研究了多个石鳖类物种之间尺度的几何变化,并且还研究了尺度如何通过3D层析成像分析组装在一起。”
       结果,开发了复制单个比例尺几何形状的参数化3D建模方法。这用于在平面或弯曲的基板上组装单个秤单元,然后可以进行增材制造。在此之前,VT的科学家开发了一种3D打印压电材料的方法,该材料将机械能转换为电流。
石鳖类软体动物长约1-2英寸,有一系列八个大板,并由较小,较灵活的鳞片围成一圈
   石鳖类软体动物长约1-2英寸,有一系列八个大板,并由较小,较灵活的鳞片围成一圈。软体动物是3D打印盔甲背后的灵感。图片来自Virginia Tech。
  保护灵活性装甲系统
        3D打印装甲的刚度来自标尺的布置,而标尺的布置已使用计算模型进一步强调。据说这揭示了当外部载荷达到临界值时,比例尺装甲如何互锁和刚性。当它与力接触时,鳞甲彼此向内会聚,形成一个坚固的屏障。当3D打印鳞甲未受力时,它们可以彼此移动以根据形状和位置提供不同数量的柔韧性。李教授补充说:“借助这些具有受控样品几何形状和尺寸的物理原型,该团队在受控的加载条件下对它们进行了直接的机械测试。”经过这些测试,研究人员得出结论,生物装甲系统的双重保护-柔韧性性能将适用于生产3D打印保护装备,例如护膝。


机械工程助理教授李玲(右)与博士生Ting Yang(左)和Dengfei(邓志飞)为中心,手持3D打印装甲。图片来自Virginia Tech。

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(责任编辑:中国3D打印网)