新型材料設計技術使3D打印“超級材料”成為現實

　　選擇合適的材料用于相應的目的往往是很棘手的問題，需要在妥協中獲得最優匹配。阿聯酋馬斯達爾理工學院近期在材料定制化3D打印領域取得重大進展，或將引起材料設計與3D打印高性能材料的重大變革。

　　不同于以往創造全新材料的研究模式，馬斯達爾理工學院研究團隊通過改變已知的塑料、金屬、陶瓷、復合材料的內部結構來獲得特定用途下的特定性能。徹底地調整材料結構可使科學家以獨特的方式控制材料的機械性能、熱性能和電氣性能，甚至可以改變材料一些特定的性能趨勢。

　　例如，密度和強度是材料兩個緊密相關的性能。像金屬和合金等高強材料往往具有高密度，而泡沫和其他輕質復合材料通常強度較低。然而，改變材料內部結構，通過構造高強度中空結構，可令材料同時獲得高強度和低密度。這與通過金屬支柱排列，使埃菲爾鐵塔獲得超高強結構的原理相同，盡管鐵塔結構中90%為空氣。

　　科學家們構建了計算機模型，可為給定材料生成上萬個的幾何結構排布，或稱為“材料結構泡沫”。每個設計結構可使材料具備不同的熱，電和機械性能。更重要的是，該模型可以定向到找到適合某個用途最優性能的材料結構設計方案。

　　材料結構設計非常復雜，無法通過常規的制造方法獲得。幸運的是，科技的進步使得能夠通過3D打印獲得特定的材料結構，即使在某些情況下，材料的結構尺度為納米級。

　　據研究人員介紹，通過3D打印將指定的性能引入材料之中，并將其制造出來，這種技術將顛覆未來的材料設計。

　　當前，材料設計通常依據材料特有的化學性質、結構以及相應的特性，而馬斯達爾理工學院的研究成果將直接著眼于目標產品應用材料所需的屬性，然后應用新型設計方法，優化材料結構和內部幾何構型，以構造所需的性能。

　　這項研究結合了材料計算技術和實驗技術，其計算模型可以預測通過3D打印獲得的納米復合材料的性能。該技術可用于從航空航天工業，制造輕質高強納米工程材料；還可以利用其構建多孔材料的優勢，用于海水淡化或氣體過濾。