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. 【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】近日，南加州大學(xué)的工程師正在用受龍蝦啟發(fā)的3D打印護(hù)甲來防止運(yùn)動(dòng)受傷。他們的“電輔助3D打印工藝”可能是利用電場(chǎng)來改變材料的增材工藝，該工藝以類似龍蝦殼的物理彈性方式來對(duì)齊材料層。
來自南加州大學(xué)(USC)維特比工程學(xué)院的工程師正在用受龍蝦啟發(fā)的3D打印護(hù)甲來防止運(yùn)動(dòng)受傷。這種像龍蝦一樣的打印護(hù)甲也許能非常有效地防止慢性創(chuàng)傷性腦病。
龍蝦和皮皮蝦都有基于殼多糖的外殼，這些外殼的結(jié)構(gòu)纖維呈螺旋式對(duì)齊，這些螺旋線還一直在不斷旋轉(zhuǎn)。這種纖維對(duì)齊方式使得小裂縫難以擴(kuò)展成更大的裂縫，從而讓龍蝦難以分解。
受此啟發(fā)，研究人員發(fā)現(xiàn)龍蝦殼是保護(hù)性身體護(hù)甲的模型。據(jù)介紹，基于龍蝦外殼中復(fù)雜的螺旋式纖維對(duì)齊的3D打印身體護(hù)甲也許能防止嚴(yán)重受傷，如慢性創(chuàng)傷性腦病(CTE)，這種疾病的起因是在足球、拳擊等運(yùn)動(dòng)中頭部受到反復(fù)的打擊。
為了制作3D打印盔甲原型，USC研究人員需要的不止是一臺(tái)現(xiàn)有的3D打印機(jī)。他們的“電輔助3D打印工藝”可能是利用電場(chǎng)來改變材料的增材工藝，該工藝以類似龍蝦殼的物理彈性方式來對(duì)齊材料層。
這種由電驅(qū)動(dòng)的護(hù)甲是用塑料和碳納米管制成的。打印完成后，研究人員對(duì)它和一個(gè)相似但非電氣化的模型進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。結(jié)果表明，這種更具創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)有出色的效果。
“碳納米管是一種微纖維，所以基本上當(dāng)你試圖拉扯它時(shí)，由于內(nèi)部有很多纖維，起到了加強(qiáng)作用，強(qiáng)度是塑料的一千倍多。如果將納米纖維添加到塑料中，總體上能將強(qiáng)度提高四倍。如果我們添加了納米纖維，然后用一個(gè)1000伏的電場(chǎng)將這些納米纖維對(duì)齊，那么強(qiáng)度將提高八倍，”研究人員解釋說。
現(xiàn)在，研究人員計(jì)劃將這種受龍蝦啟發(fā)的創(chuàng)新轉(zhuǎn)變成一種更有效的設(shè)備來防止運(yùn)動(dòng)受傷。具體將涉及制造更大的設(shè)備，同時(shí)也將嘗試具有生物相容性的材料，如水凝膠。終，通過3D掃描運(yùn)動(dòng)員的身體部位，研究人員認(rèn)為他們可以制造定制的3D打印防護(hù)裝備。
除了加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)外，研究人員相信這種創(chuàng)新性的3D打印制造能力為航空航天、機(jī)械、組織工程應(yīng)用帶來巨大的可能性。
(原標(biāo)題：受龍蝦殼啟發(fā)，研究員用電輔助3D打印工藝制造增強(qiáng)結(jié)構(gòu))
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