南加州大学：研究人员3D打印强力导电部件
南加州大学研究人员利用导电材料的帮助，在构建“电子辅助”3D部件中外壳强度的启发下，深入研究了“具有自感知能力的珍珠层结构的电子辅助3D打印”中的自然灵感。珍珠层结构作为一种模型在今天很受欢迎，因为它可以解开机械性能的秘密，正如研究人员指出的那样，它的组成就像砖混结构。正如重要的工业3D打印部件经常需要的那样，珍珠层结构是一个轻质而坚固的结构。
研究人员说：“最近，用无机添加剂（包括玻璃片、氧化铝片、石墨烯和石墨烯纳米片）制备了不同类型的以氯化钠为灵感的层状纳米复合材料。”传统的自底向上装配工艺，包括真空过滤、喷涂、冰模板和自组装，已被广泛地用于制造珍珠层结构。
然而，到目前为止，这些类型的方法已经致力于2D领域，创建更简单的形状，并且主要原因之一是：难以使用这种技术来创建“增强”且机械强度高的3D对象。研究人员认为3D打印是成功克服以前制造复杂结构的障碍的成功机会，这些障碍不仅受到大自然的启发，而且具有强大的电气和机械特性。
用于构造珍珠层结构的电辅助3D打印平台的示意图
在他们的研究中，该团队概述了他们在光固化树脂中使用对齐的石墨烯纳米片（也称为aGNs）进行3D打印的新程序。他们能够3D打印的结构很有前景；事实上，它们与普通的石墨烯纳米片一样坚固，并且像真正的珍珠层一样坚硬。
作者说：“一个既具有保护性又具有自感知能力的智能头盔可以通过电辅助3D打印工艺制造。仿生砖和砂浆建筑通过在每层中对齐GN来增强机械强度和导电性，从而通过加载下的裂纹偏转来最大限度地提高其性能。电辅助3D打印方法可以构建一个多功能、轻量、强的具有电自感能力的3D结构。”
在一个有点惊人的发现中，研究团队意识到，正如真正的珍珠层可以转移裂缝，3D打印版本也是如此。他们发现，由于允许这种偏转的特征增强了能量耗散，因此在结构中实现了更大的韧性。制造的版本也显示出增强的导电性，这可能证明对各种应用有益，但研究人员再次提到它在创造装甲方面有多大用处。定制选项也很广泛，包括可穿戴设备和其他智能技术。
“这项研究表明，GN的对齐创建了桥梁和互锁，这对于在3D打印结构中赋予应力引起的损坏至关重要。开发的电辅助3D打印工艺可以制造具有出色的集成机械和电气特性以及复杂3D形状的结构。”研究人员总结道，“这种新的制造技术可以实现智能结构的设计和制造，这种结构重量轻，但对于生物医学、航空航天、运输、体育和军事工业中的各种潜在应用都很有用。”
3D打印珍珠层的力学性能和微观结构研究
能够打印重量轻但功能强大的部件是3D打印的主要优势，通常允许用户和大公司进行创新，因为他们以前从未有过这样的材料和技术。汽车、航空航天、医疗、体育等应用都受到影响。
虽然更为技术性的术语贝壳珍珠层不是每个人都熟悉的，珍珠母通常是为人们所熟悉的。你可能会惊讶于它与3D打印的关系，从研究软体动物的机械负荷到海螺到合成骨的发展。