澳大利亚皇家墨尔本理工大学的研究人员成功3D打印出一种钛结构，其强度至少比人类制造并用于航空航天应用的最强合金高出50%。这种新型“超材料”可能会在航空航天和医学领域开辟新的应用，大学新闻稿表示。

超材料是通过组装使用金属或塑料制成的多个元素而工程化的，但它们提供的属性超越了自然界中看到的物质。研究人员一直在使用这种方法来创造能够承受极端温度和压力要求的新材料，在航空航天等具有挑战性的环境中。

皇家墨尔本理工大学的研究人员通过在他们的制造过程中使用3D打印或增材制造技术，将这一领域向前推进了一步。该团队创新地使用这项技术来改进自然界中发生的格子结构。

超越自然 全球的材料科学家一直受到自然界中格子排列的启发，例如珊瑚或百合茎中的空心支柱，它们结合了强度和轻质结构。

然而，迄今为止复制这些生物启发的结构一直非常困难。“对于大多数拓扑结构来说，通常只有不到一半的材料主要承受压缩载荷，而更大的材料体积在结构上并不重要，”皇家墨尔本理工大学的设计教授、先进制造材料的马倩说。

使用3D打印，马倩领导的研究团队设计了一个内部有细带的空心管状格子。“通过有效地合并两种互补的格子结构来均匀分布应力，我们避免了应力通常集中的弱点。这两种元素共同展现了自然界中从未见过的强度和轻盈，”马倩补充道。

压缩测试显示（左图）空心支柱格子中应力集中在红色和黄色区域，而（右图）双格子结构更均匀地分散应力，避免了热点。图片来源：皇家墨尔本理工大学 超材料是如何制造的？ 研究人员使用了一种称为激光粉末床熔融的3D打印方法来实现这种超材料设计。这种方法使用高功率激光束将金属粉末层熔化到位。

双格子设计确保了在设计中的弱点处减少了一半的应力，设计中的任何裂纹也被沿着结构偏转，从而提高了其韧性。

该团队测试了一个使用这种方法制造的钛格子立方体。它比用于航空航天应用的最强合金——铸造镁合金WE54——强50%。该团队仍在努力完善这种超材料，并希望将其耐温极限提高到1,112华氏度（600摄氏度），并可能增加更多的应用。

不仅仅是强度，超材料还提供了易于制造的额外好处，这要归功于3D打印。然而，它不会立即可用。