像骨頭一樣的定制多孔填充結(jié)構(gòu)讓3D打印件更強(qiáng)

 近日，來自代爾夫特技術(shù)大學(xué)和丹麥技術(shù)大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種在3D打印件中創(chuàng)建像骨頭一樣的多孔填充結(jié)構(gòu)的新方法。該技術(shù)可在幾種3D打印機(jī)上實(shí)施。
今年早些時(shí)候，我們報(bào)告了一個(gè)令人興奮的3D打印研究項(xiàng)目，涉及幾個(gè)歐洲技術(shù)大學(xué)。研究團(tuán)隊(duì)想制造出像骨頭一樣的結(jié)構(gòu)，他們開發(fā)了一種新穎的方法來制造像骨頭一樣的多孔填充物，從而形成強(qiáng)大而輕質(zhì)的3D打印件，這些填充結(jié)構(gòu)是根據(jù)打印件定制的。

現(xiàn)在，這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)這種方法進(jìn)行了重大改進(jìn)，優(yōu)化了邊界外殼和多孔填充物。研究人員表示，這些改進(jìn)對(duì)于工程設(shè)計(jì)和其他應(yīng)用來說可能是“非常有用的”。
這種方法基于兩種現(xiàn)有的3D打印模型生成技術(shù)：一種涂層方法，“以獲得一個(gè)優(yōu)化的外殼，里面均勻地填充著一種規(guī)定的多孔基材”；一種填充方法，“以在一個(gè)規(guī)定的外殼內(nèi)生成優(yōu)化的、不均勻的填充結(jié)構(gòu)”。
在新的改進(jìn)中，研究人員分配了兩組設(shè)計(jì)變量：一組定義基礎(chǔ)和涂層，另一組定義填充結(jié)構(gòu)。他們將外殼和填充結(jié)構(gòu)作為兩個(gè)高度互連的概念，用雙向優(yōu)化對(duì)二者進(jìn)行優(yōu)化。

終，研究人員能為3D打印自動(dòng)生成優(yōu)化的外殼-填充復(fù)合結(jié)構(gòu)，允許工程師和其他3D打印機(jī)用戶制造帶有骨骼結(jié)構(gòu)完整性的零件。該方法甚至能根據(jù)打印對(duì)象的形狀和尺寸生成完全不同的填充圖案模式。
“優(yōu)化的外殼-填充結(jié)構(gòu)顯示出一些有趣的幾何圖案模式，”研究人員解釋說，“我們?cè)趩屋S受力桿中發(fā)現(xiàn)了細(xì)長(zhǎng)的填充結(jié)構(gòu)，而在連接這些桿的接頭里觀察到了交叉填充結(jié)構(gòu)。”

當(dāng)然，研究人員并沒打算在醫(yī)用模型這樣的東西中復(fù)制骨頭。相反，他們認(rèn)為，隨著增材制造提供了越來越多的制造靈活性，這種定制多孔填充結(jié)構(gòu)生成方法可能有非常廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)應(yīng)用。

這并不信口胡說，這種看法是建立在數(shù)據(jù)支持的基礎(chǔ)上的。在論文中，研究人員聲稱這種外殼-填充結(jié)構(gòu)模型“已經(jīng)通過數(shù)值測(cè)試”，并總結(jié)說“在同樣的材料體積中，優(yōu)化的、不均勻的填充結(jié)構(gòu)比均勻的填充結(jié)構(gòu)表現(xiàn)更好”。