格拉斯哥工程师开发超轻高抗冲 3D 打印复合材料，面向汽车航天

格拉斯哥大学工程师开创一种 3D 打印复合材料，融合聚烯烃树脂与多壁碳纳米管，制得比传统铝更轻、更韧的材料。其近期论文《纳米工程 3D 打印板式晶格的冲击行为》发表于《Materials & Design》，详述一种新型板式晶格超材料展现卓越抗冲击性。

超材料是为展现自然界不存在特性而设计的工程细胞固体。板式晶格作为子集，由相交板构成立方框架，在保持高孔隙率（从而轻量化）的同时实现卓越刚度和强度。

团队探索用新型塑料-纳米管复合丝材打印的板式晶格几何体，能否在刚度、强度、韧性上超越现有材料。他们打印多种晶格配置，进行落锤冲击测试——从不同高度释放 16.7 kg 重物——评估抗冲击韧性。

初期制造三种经典板式晶格变体：基础立方单元（三相交板）、额外板相交的复杂立方、多面体设计。每种变体用聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）两种材料系列制作。

随后评估三种融合初始设计属性的混合板式晶格：简单立方/复杂立方混合、简单立方/多面体混合、整合三要素的复合混合。这些混合体同样用 PP 和 PE 制造。

全功能混合体展现最高吸能，特别是 PP 变体。按比吸能（单位质量吸收能量）评估，PP 混合体达 19.9 J g⁻¹，超越同类铝基微架构超材料。

格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院复合材料与增材制造组组长 Shanmugam Kumar 博士主导研究。项目还汇集阿布扎比哈利法大学和美国德州农工大学的机械化学工程师。

Kumar 解释：“研究处于力学与材料科学交叉。通过平衡纳米工程丝材原料与精妙混合晶格设计，我们实现前所未有的刚度、强度和吸能性能。3D 打印进步使此类复杂高孔隙几何体成本效益制造成为可能，工业规模量产触手可及。”

Kumar 强调汽车制造为关键用例，指出车身轻量化不懈追求要求材料不妥协碰撞安全。“铝虽广泛使用，但我们的板式晶格提供更优抗冲击性，成为未来汽车结构有力候选。塑料可回收性也契合全球净零和循环经济转型。”

树脂