研究人员开发了由软体动物激发灵感的3D打印装甲

时间：2020-01-14 09:44 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网1月14日讯，弗吉尼亚理工学院和州立大学（VT）机械工程系副教授李玲（Ling Li）领导的研究开发了3D打印的柔性鳞片装甲，其灵感来自于一群海洋软体动物石鳖类。这项研究刊登在《自然通讯》杂志上，旨在改善人造装甲中使用的刚性结构，这些结构通常会损害灵活性和可操作性。因此，使用参数计算模型和多材料3D打印，可以创建灵活的，可缩放的陶瓷装甲组件。
李教授解释说：“大多数软体动物都有一个单一的硬壳，例如鲍鱼，或两片保护壳的贝壳，例如蛤。但是石鳖类有八个矿化的板块覆盖身体并围绕着它的底部，它有一个很小的鱼鳞状的腰带，像鱼鳞一样组装在一起，既提供了灵活性又提供了保护。”研究人员包括麻省理工学院，哈佛医学院，加利福尼亚州立大学，马克斯·普朗克胶体与界面研究所和怀斯研究所的成员。

3D打印的柔性装甲受到碎玻璃上的石鳖类软体动物的启发。图片来自Virginia Tech。
3D打印“腰带比例”装甲
石鳖类物种具有数百个细小的矿化鳞片，排列在围绕它们重叠的壳板的软带上。根据研究人员的说法，这确保了运动的灵活性和对其下层软体的保护，并且是多功能装甲设计的出色模型。此外，研究小组指出，在这项研究之前，尚未对石鳖类的腰围鳞甲进行深入研究。李教授说：“我们以非常详细的方式研究了这种腰围鳞甲，我们量化了它的内部微观结构，化学成分，纳米机械性能和三维几何形状。我们研究了多个石鳖类物种之间尺度的几何变化，并且还研究了尺度如何通过3D层析成像分析组装在一起。”
结果，开发了复制单个比例尺几何形状的参数化3D建模方法。这用于在平面或弯曲的基板上组装单个秤单元，然后可以进行增材制造。在此之前，VT的科学家开发了一种3D打印压电材料的方法，该材料将机械能转换为电流。

石鳖类软体动物长约1-2英寸，有一系列八个大板，并由较小，较灵活的鳞片围成一圈。软体动物是3D打印盔甲背后的灵感。图片来自Virginia Tech。
保护灵活性装甲系统
3D打印装甲的刚度来自标尺的布置，而标尺的布置已使用计算模型进一步强调。据说这揭示了当外部载荷达到临界值时，比例尺装甲如何互锁和刚性。当它与力接触时，鳞甲彼此向内会聚，形成一个坚固的屏障。当3D打印鳞甲未受力时，它们可以彼此移动以根据形状和位置提供不同数量的柔韧性。李教授补充说：“借助这些具有受控样品几何形状和尺寸的物理原型，该团队在受控的加载条件下对它们进行了直接的机械测试。”经过这些测试，研究人员得出结论，生物装甲系统的双重保护-柔韧性性能将适用于生产3D打印保护装备，例如护膝。

机械工程助理教授李玲（右）与博士生Ting Yang（左）和Dengfei（邓志飞）为中心，手持3D打印装甲。图片来自Virginia Tech。

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