多孔材料具有高比強度、高比吸能等特點，在航空航天、汽車工業(yè)等領域關(guān)鍵部件的機械防護方面具有廣泛應用。隨著先進制造技術(shù)尤其是增材制造的發(fā)展，具有周期性規(guī)則排列的點陣結(jié)構(gòu)在吸能減震方面具有顯著優(yōu)勢。然而，目前應用的點陣結(jié)構(gòu)在承載過程中普遍出現(xiàn)剪切帶形核與擴展，致使整個防護結(jié)構(gòu)發(fā)生應力失衡，減弱防護能力，最終導致結(jié)構(gòu)以整體坍塌的形式為外部構(gòu)件提供保護。隨著智能化防護裝備日益增長的需求，傳感器等組件通常需要嵌入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部特定片層區(qū)域。因此，迫切需要開發(fā)一種高性能吸能結(jié)構(gòu)，抑制剪切帶的形核與擴展，防止整個結(jié)構(gòu)失效，從而實現(xiàn)雙重機械防護，既能屏蔽載荷以保護外部構(gòu)件，又能保持結(jié)構(gòu)自身局部片層區(qū)域不變形以保護嵌入式組件，這對于推動下一代輕量化智能化機械防護至關(guān)重要。
圖2. 不同片層厚度的可編程異質(zhì)層狀點陣結(jié)構(gòu)的力學行為。
圖3. 可編程異質(zhì)層狀點陣結(jié)構(gòu)與其他吸能防護材料力學性能的比較及其潛在應用。
本研究工作利用增材制造技術(shù)的設計自由度特點以及異質(zhì)點陣胞元排列模式的設計，使點陣結(jié)構(gòu)兼具優(yōu)異的力學性能和獨特的可編程性，既彌補了現(xiàn)有防護材料的不足，也擴大了點陣結(jié)構(gòu)材料在航空航天、汽車、運輸?shù)劝踩O備中的雙重機械防護應用，對新一代輕質(zhì)智能機械保護裝備的發(fā)展具有重要意義。
該工作以“Programmable heterogeneous lamellar lattice architecture for dual mechanical protection”為題發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上（PNAS.2407362121），文章通訊作者是南洋理工大學周琨教授。
新加坡南洋理工大學周琨教授課題組依托于惠普-南洋理工大學數(shù)字制造聯(lián)合實驗室和新加坡3D 打印中心，長期從事多種增材制造技術(shù)（3D打。┭芯，例如粉末熔融（MJF、SLM、SLS）、光固化（DLP、SLA）、墨水直寫（DIW）、擠出成型（FDM）等。目前聚焦于功能聚合物復合材料及高性能新金屬材料研發(fā)、先進結(jié)構(gòu)設計和多尺度模擬仿真、增材制造零件宏微觀力學性能表征及其應用等。
原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2407362121
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