代尔夫特理工大学3D打印微结构梯度

2019-01-24 14:28

据了解，TUDelft的一组研究人员进一步优化了3D打印分级微结构的过程。很多人都在研究这个问题，因为分级密度可以非常有效地利用质量。骨骼就是一个很好的例子：骨骼的密度越高，骨骼承受的压力越大，骨骼承受的重量越轻。结果，骨骼具有高强度重量比并且在需要的地方是刚性的，而在其他点处也是更柔韧的。密度的变化是微观结构梯度，并且它在整个自然界中都被发现，但3D打印这些梯度已经证明是困难的。

制造微结构梯度的主要障碍是匹配相邻单元的兼容性；微结构必须彼此物理连接，但是具有不同的密度，它们的几何形状不一定很好地对齐，这意味着一些单元不会接触不同等级的相邻单元。这会产生结构完整性问题，可能会在3D打印期间和之后导致问题。解决方案主要是计算和算法，因为最好的3D打印硬件可以产生几乎任何几何形状。诀窍在于创建几何体。

TUDelft团队试图“找到拓扑优化微结构之间的最佳连接。”他们做到了。他们的方法“同时优化了单元以及相邻单元的物理特性，以确保物质连接和平滑变化的物理特性。”他们通过3D打印植入原型展示了他们的方法，其中中心区域非常密集但得到逐渐变得更加多孔，朝向零件的外部。“功能性渐变促进骨-种植体界面处的骨向内生长，同时保持结构完整性并增加骨向内生长无关的区域的机械性质。”

研究人员的分级微观结构优化过程将很好地服务于医疗和航空航天工业，其中轻量级性能将受到最高赞赏。最终，这些密度梯度将作为3D建模软件或切片程序或两者的特征添加。设计师将能够选择起点、终点、渐变范围和方向，就像在Photoshop中一样，然后使用密度渐变3D打印对象。问题是，谁将首先实施这样的功能？