自然界總能給人無限啟發(fā)。草的管狀宏觀結(jié)構(gòu)和多孔微觀結(jié)構(gòu)使其強大得足以承受住強風(fēng)和頻繁的壓縮。近日，為了在一種3D打印材料中復(fù)制這些特性，哈佛和MIT的科學(xué)家們開發(fā)了一種新的3D打印技術(shù)，該技術(shù)使用一種陶瓷泡沫墨水來打印具有獨立可調(diào)的宏觀及微觀孔隙度的材料。該技術(shù)可被用來3D打印輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料、熱絕緣體和組織支架。這項研究結(jié)果發(fā)表在《Proceedings of the Natural Academy of Science》雜志上。

“通過擴大可打印材料的組成空間，我們可以生產(chǎn)具有卓越剛度的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，”論文的資深作者Jennifer A. Lewis教授說。Lewis也是3D打印機開發(fā)商Voxel8的創(chuàng)始人和首席科學(xué)顧問，Voxel8的開發(fā)者套件（Developer’s Kit）可被用來打印嵌入式電子器件。

據(jù)了解，所使用的陶瓷泡沫墨水含有氧化鋁顆粒、水和空氣。通過控制墨水的微觀結(jié)構(gòu)，研究人員能改變其性能，改變其在微觀尺度上的變形方式。隨后，他們再用該墨水來3D打印帶有不同幾何、密度和剛度構(gòu)型的輕質(zhì)多孔蜂窩結(jié)構(gòu)、三角形和六角形。

論文第一作者Joseph Muth說：“泡沫墨水很有趣，因為你可以在其細胞宏觀結(jié)構(gòu)中對其細胞微觀結(jié)構(gòu)進行數(shù)字化排列。當墨水凝固后，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)中含有空氣，這些空氣被多個長度尺度上的陶瓷材料所包圍。當你在這些結(jié)構(gòu)中加入孔隙時，你就賦予了它本不會有的性質(zhì)。”MIT材料科學(xué)與工程系教授、論文合著者Lorna Gibson博士說，新的陶瓷泡沫墨水3D打印技術(shù)“結(jié)合了兩個方面的優(yōu)勢”，因為該技術(shù)同時提供了微觀結(jié)構(gòu)控制（通過泡沫處理）和全局建筑控制（通過3D打印）。

研究人員說，新的3D打印方法允許他們創(chuàng)建多種多功能材料，這些材料的屬性可以微調(diào)，而打印可以一次性完成。令人興奮的是，該技術(shù)還有開發(fā)的空間，因為除了陶瓷外，還可以使用金屬、聚合物等可打印的泡沫墨水。