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【速科技】受龙虾启发下的创新型3D打印

2017-08-30 阅读 2571

来自南加州大学(USC)维特比工程学院的工程师正在用受龙虾启发的3D打印护甲来防止运动受伤。这种像龙虾一样的打印护甲也许能非常有效地防止慢性创伤性脑病。龙虾和皮皮虾都有基于壳多糖的外壳,这些外壳的结构纤维呈螺旋式对齐,这些螺旋线还一直在不断旋转。这种纤维对齐方式使得小裂缝难以扩展成更大的裂缝,从而让龙虾难以分解。


受此启发,研究人员发现龙虾壳是保护性身体护甲的绝佳模型。据介绍,基于龙虾外壳中复杂的螺旋式纤维对齐的3D打印身体护甲也许能防止严重受伤,如慢性创伤性脑病(CTE),这种疾病的起因是在足球、拳击等运动中头部受到反复的打击。




为了制作3D打印盔甲原型,USC研究人员需要的不止是一台现有的3D打印机。他们的“电辅助3D打印工艺”可能是首个利用电场来改变材料的增材工艺,该工艺以类似龙虾壳的物理弹性方式来对齐材料层。


这种由电驱动的护甲是用塑料和碳纳米管制成的。打印完成后,研究人员对它和一个相似但非电气化的模型进行了对比测试。结果表明,这种更具创新性的设计有出色的效果。


“碳纳米管是一种微纤维,所以基本上当你试图拉扯它时,由于内部有很多纤维,起到了加强作用,强度是塑料的一千倍多。如果将纳米纤维添加到塑料中,总体上能将强度提高四倍。如果我们添加了纳米纤维,然后用一个1000伏的电场将这些纳米纤维对齐,那么强度将提高八倍,”研究人员解释说。




现在,研究人员计划将这种受龙虾启发的创新转变成一种更有效的设备来防止运动受伤。具体将涉及制造更大的设备,同时也将尝试具有生物相容性的材料,如水凝胶。最终,通过3D扫描运动员的身体部位,研究人员认为他们可以制造定制的3D打印防护装备。


除了加强的结构外,研究人员相信这种创新性的3D打印制造能力为航空航天、机械、组织工程应用带来巨大的可能性。 


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