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【中國(guó)智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】麻省理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)近日完成了一項(xiàng)研究測(cè)試，他們將石墨烯壓縮和融化后，利用多材料3D打印機(jī)創(chuàng)造出一種密度僅為不銹鋼的5%、強(qiáng)度高出不銹鋼10倍的新材料。除材料本身之外，3D打印的結(jié)構(gòu)也提供了很高的強(qiáng)度，因此當(dāng)這種結(jié)構(gòu)用在其他材料上時(shí)，也會(huì)形成較高的強(qiáng)度。
3D打印高強(qiáng)度石墨烯 密度僅為5%
石墨烯：一種超高強(qiáng)度的材料
用2D材料制造3D結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)在于，生產(chǎn)方法的改變往往會(huì)導(dǎo)致材料的原子結(jié)構(gòu)(其能量的來源)發(fā)生改變。比如，3D打印中的熔化和冷卻過程。目前，石墨烯已經(jīng)普遍用于制造增強(qiáng)型材料，比如專門的石墨烯TPU或PLA，這種材料具有非常潛力的應(yīng)用前景。
針對(duì)輕質(zhì)三維石墨烯裝配的力學(xué)和設(shè)計(jì)的研究，麻省理工學(xué)院提出了一種可能的石墨烯幾何結(jié)構(gòu)“gyroid(螺旋)”，保證其原子結(jié)構(gòu)打印后不發(fā)生改變。
螺旋結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵
這種結(jié)構(gòu)與蜂窩狀鏤空結(jié)構(gòu)十分相似，可以通過不斷“復(fù)制”相同的六邊形晶格結(jié)構(gòu)來終形成一個(gè)六邊形的完整結(jié)構(gòu)。它的表面積比較小，這也意味著占用空間會(huì)比較小、使用材料減少，終導(dǎo)致質(zhì)量的減輕。
3D打印高強(qiáng)度石墨烯 密度僅為5%
拉伸強(qiáng)度測(cè)試
MIT 3D打印了五個(gè)不同壁厚的螺旋結(jié)構(gòu)，使用的是Stratasys的VeroMagenta塑料和Object 500 3D打印機(jī)，分辨率為20μm，然后組個(gè)測(cè)試其拉伸強(qiáng)度。模擬測(cè)試顯示，不同厚度的石墨烯螺旋結(jié)構(gòu)在壓力測(cè)試下表現(xiàn)不同：較薄的結(jié)構(gòu)會(huì)直接碎裂，而較厚的結(jié)構(gòu)會(huì)吸收壓力，并且突然爆炸釋放出能量。
研究人員表示，這種結(jié)構(gòu)用在其他材料上時(shí)，也會(huì)形成較高的強(qiáng)度。因此，這種3D打印結(jié)構(gòu)的深入研究是很有必要的。
原標(biāo)題：3D打印石墨烯結(jié)構(gòu)：強(qiáng)度比不銹鋼高10倍，密度僅為5%
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