3D打印的混合泡沫材料吸收的能量是普通泡沫材料的10倍

魔猴君  科技前沿   117天前

德克萨斯农工大学利用增材制造技术，刚刚研制出一种超级泡沫材料。这种复合材料的能量吸收能力是传统泡沫材料的十倍。这种3D打印泡沫材料有望在国防领域发挥重要作用，甚至挽救生命。

传统泡沫材料制造工艺面临的挑战之一在于其内部结构：要么采用随机图案以限制能量吸收，要么使用更复杂的技术材料和晶格结构，但这既昂贵又难以大规模生产。由此可见，精度和价格之间必须做出取舍。

研究团队将3D打印的支撑结构放置在泡沫材料内部。

泡沫材料和3D打印：它们是如何运作的？

但3D打印技术有望改变这一现状。该团队已开发出一种名为“泡沫内增材制造”（IFAM）的技术，可在泡沫块内部构建3D塑料支柱（或称间隔件）网络。两者的结合能够显著提升材料的抗压性能。这些塑料支柱可根据需要直接嵌入泡沫中。事实上，3D打印结构已与泡沫完全融合。

如果我们观察最终模块的工作原理，首先会发现泡沫材料起到加固作用。然后，当外力作用于结构时，支撑杆开始发挥作用：它们将压力从泡沫材料中排出。结果如何呢？结构能够吸收更多能量，从而承受更大的载荷。美国陆军研究实验室战略聚合物增材制造团队负责人埃里克·韦策尔博士解释说：

IFAM是一种简便的计算机辅助制造工艺，它允许我们在传统的开孔泡沫材料内部构建弹性体骨架。弹性体的直径、间距、角度和弹性模量均可进行选择，从而实现多种性能。IFAM工艺融合了两种工艺的优势，提供了一种可定制、高性能且经济高效的复合能量吸收器。

这种超级泡沫的应用

由于该项目由军方资助，这种超级泡沫材料被开发用于国防用途也就不足为奇了。不难想象，它可以用于制造军用头盔或防爆座椅垫等。这种材料更轻，并具有卓越的能量和冲击吸收性能：它是众多战场应用的理想解决方案。

这种泡沫材料可以降低受伤风险，甚至挽救生命。为什么不更广泛地应用它呢？研究人员建议将其添加到自行车和摩托车头盔，甚至运动器材中。它还可以用来覆盖汽车保险杠，从而更好地保护乘客免受剧烈碰撞的伤害。

这种结构可以吸收十倍的能量

除了能够吸收能量外，这种混合泡沫还能捕捉声音并改善整体声学效果。德克萨斯农工大学教授、该研究的主要作者穆罕默德·纳拉吉博士指出：

通过改变泡沫材料的特性，可以使其成为一种优异的吸声材料，能够衰减甚至完全消除某些特定频段和振动。声学应用方面目前仍处于研究初期，但我们希望进一步探索这一特性，将泡沫材料转化为一种性能优于现有材料的主动式声音过滤器。

最后，团队正在探索增材制造带来的个性化选择：为什么不设计能够适应个人需求和生理结构的定制靠垫呢？例如，颈部区域较硬，腿部区域较软。可能性无穷无尽！

编译整理：3dnatives