受竹子與海螺殼啟發(fā)，UTA研究人員開發(fā)新型仿生3D打印復(fù)合材料

導(dǎo)讀：仿生設(shè)計(jì)正成為材料科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新的強(qiáng)大引擎。隨著多材料3D打印技術(shù)的不斷進(jìn)步，研究人員能夠以前所未有的方式模擬自然界的結(jié)構(gòu)，探索新一代兼具高韌性與耐損傷性能的復(fù)合材料。

2025年7月21日，南極熊獲悉，德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校（UTA）工程學(xué)院機(jī)械與航空航天工程系的研究員Shiyao Lin即將啟動一項(xiàng)名為“基于混合仿生設(shè)計(jì)和多材料增材制造的新型耐損傷復(fù)合材料”的研究項(xiàng)目。

該項(xiàng)目由UTA研究與創(chuàng)新副總裁辦公室管理的研究增強(qiáng)計(jì)劃（REP）資助，旨在為研究人員提供種子資金，以便測試新想法并探索新方向，從而帶來未來的創(chuàng)新，并為聯(lián)邦機(jī)構(gòu)和非營利基金會提供更具競爭力的外部資金提案。

Lin博士正在開發(fā)下一代耐損傷復(fù)合材料，設(shè)計(jì)靈感源自自然界的材料，如竹子和海螺殼。這些混合仿生結(jié)構(gòu)將采用多材料3D打印技術(shù)制造，并進(jìn)行強(qiáng)度和耐久性測試。

△UTA工程學(xué)院機(jī)械與航空航天工程系研究員

自然啟發(fā)的3D打印復(fù)合材料

這個(gè)研究項(xiàng)目旨在通過自然的視角探索材料科學(xué)，研究自然結(jié)構(gòu)如何防止損傷和斷裂研究人員希望通過研究這些材料中裂紋形成和擴(kuò)展的基礎(chǔ)物理原理，探索提高工程復(fù)合材料韌性的新方法。項(xiàng)目融合了多種鮮為人知的仿生結(jié)構(gòu)，并將通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和計(jì)算建模驗(yàn)證3D打印符合材料的有效性。

這些設(shè)計(jì)有望催生出更堅(jiān)固、更安全的材料，用于航空航天工程、汽車制造和個(gè)人防護(hù)裝備。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的潛在應(yīng)用范圍非常廣泛，包括能夠更好地承受壓力的飛機(jī)部件、提升乘客安全性的汽車零部件，以及具有先進(jìn)能量吸收功能的防彈衣。這些影響深遠(yuǎn)的應(yīng)用將具有廣泛的意義。

項(xiàng)目的第一步是創(chuàng)建一個(gè)受竹子和海螺殼啟發(fā)的混合設(shè)計(jì)。竹子的天然細(xì)胞結(jié)構(gòu)有助于防止裂縫的形成，而海螺殼的層狀結(jié)構(gòu)則可以有效防止斷裂。UTA團(tuán)隊(duì)將使用多材料3D打印機(jī)構(gòu)建這些混合結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行機(jī)械測試以評估抗壓性能。

Shiyao Lin博士表示：“這項(xiàng)資助將培養(yǎng)研究生和本科生的分析和動手能力，并拓寬工程專業(yè)學(xué)生在動物學(xué)和生物學(xué)方面的知識視野�！痹擁�(xiàng)目不僅有望推動航空航天、汽車制造和個(gè)人防護(hù)裝備等領(lǐng)域的材料升級，也為工程學(xué)科學(xué)生提供了跨學(xué)科實(shí)踐與學(xué)習(xí)的寶貴機(jī)會。