一项新的研究表明，通过借鉴晶体学中的概念并将其与3D打印相结合，具有网格结构的材料的性能有望更上一层楼。
网格结构在工程设计中颇为常见。这种结构在节约材料用量并降低物体密度的同时仍然能够让物体具有相当的强度，因此颇受设计者的青睐。然而具有网格结构的物体的力学性能往往仍然不尽如人意。来自英国的研究人员想到，网格结构可以看成宏观世界里的晶体，其节点相当于规则排列的一个个原子，而节点之间的材料对应连接原子的化学键。理想情况下，在整个晶体中，按照一定规律排列的原子或者分子沿着三维方向无限延伸，即通常所说的单晶。但实际上，晶体往往以多晶的形式存在。多晶包含许多大小不同的晶粒。在每一个晶粒中，原子或者分子都按照一定规则排列，但在晶粒之间，原子或者分子的排列具有不同的取向。多晶的存在虽然使得晶体看起来布满缺陷，但对于金属而言，它却可以防止整个晶体在过大的范围内变形，有助于提高材料的强度。研究人员因此设想，如果将宏观世界里的“单晶”也变成“多晶”，是否有助于提升网格结构的强度？
如此复杂的网格结构加工起来绝非易事，但不断发展的3D打印技术让这一类结构的制造变得更加容易。借助3D打印，研究人员利用多种材料建造出网格结构。测试表明，“多晶”形式的网格结构确实比常规的网格结构具有更好的力学性能。相关研究不仅发表在顶级学术刊物《自然》上，《自然》杂志还为此发表评论，彰显了这一研究的重要意义。
虽然这一研究的结果仍很初步，但它毫无疑问为材料开发提供了新的思路。另外值得一提的是，由于这项研究揭示了宏观网格结构和微观晶体之间的相似性，因此我们也可以来一个逆向思维——通过分析3D打印出的网格结构来进一步研究金属的微观结构，从而提高金属的力学性能。总之，这项研究对于材料学和工程设计领域都将产生重要的推动。
报道：https://cen.acs.org/materials/3-d-printing/3-D-printed-lattices-mimic/97/i3
论文：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0850-3.pdf
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