LLNL開發出用於3D列印的磁響應超材料

「

超材料可以注入3D列印的支架中

並在暴露於磁場時立即變硬

」

《3D列印商情》近日獲悉

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員最近在《Science Advances》雜誌上發表文章，宣布開發了一種新型超材料，旨在在暴露於磁場時加強3D列印結構。被稱為「場響應機械超材料」（或FRMM）的材料可用於生產下一代頭盔、可穿戴裝備和各種其他應用。

有趣的是，超材料本身並不是可3D列印的，而是由粘性的磁響應流體組成，並被設計成注入3D列印格子的空心光束中。當暴露於磁場時，嵌入有鐵磁顆粒的3D列印晶格內部的材料立即變硬，從而形成堅硬的晶格結構。

該研究文章強調這種磁響應超材料與其他4D列印材料（通常對光、濕度或其他環境因素作出反應）不同，因為它的整體結構是當它僵硬時不會改變。當FRMM暴露於磁力時，其中的鐵磁顆粒形成鏈，從而產生硬化效應。

當磁力被移除時，超材料返回其原始狀態，使其變化完全可逆且可重複。此外，研究人員補充說，通過改變施加到FFRM填充的3D列印支架的磁場強度，可以調整剛度水平。

「在本文中，我們真的希望專註於具有可調屬性的超材料的新概念，儘管它只是一個手工製作過程，它仍然突出了可以做的事情，這就是我認為真正令人興奮的。」文章主要作者Julie Jackson Mancini說，她自2014年以來一直從事該項目的LLNL工程師。

「研究表明，通過結構，超材料可以創造出有時在自然界中不存在或者可以高度設計的機械性能，但是一旦你構建了這種結構，你就會被這些屬性所束縛。」她繼續道，「這些超材料的下一次演變是可以調整其機械性能以響應外部刺激的東西。其它材料，它們可能通過改變形狀或顏色來響應，獲得響應所花費的時間可以是幾分鐘或幾小時。但使用我們的FRMM，整體形式不會改變，響應非常快，這使得它與其他材料區別開來。」

在其研究中

LLNL團隊使用實驗室的大面積投影微光刻（LAPμSL）系統3D列印中空晶格結構，並在其空心光束中注入磁流變（MR）流體。據該團隊稱，這種3D列印系統在超材料項目中發揮了（並將繼續發揮作用）的重要作用，因為它能夠列印複雜的管狀晶格形式，能夠在注入過程中和整個磁響應中容納流體。

在應用方面

FFRM可用於衝擊吸收產品，例如頭盔或頸部支架以及光學部件和軟機器人的外殼。Julie Jackson Mancini還建議注入FFRM的3D列印結構可以與感測器一起集成到汽車座椅中，以檢測碰撞，從而使座椅在撞擊時變硬，保護乘客免受擊打。

展望未來，研究人員將探索如何進一步自動化將FFRM注入3D列印支架的過程，最終目標是將其轉變為單相材料（而不是在固體內部使用流體）。另一個目標是改善和提高性能與重量比，並增加結構的尺寸。

來源：3D列印商情

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