Researchers at the香港城市大学(CityU) have come up with a way of making 3D printed polymeric lattice parts 100-times stronger than before.
与传统的热处理以可变形性为代价增强塑料印刷物体的传统热处理相比，Cityu方法仅部分碳酸化，使它们更健壮，并且是延展性的两倍。该团队说，有可能实现具有针对特定应用程序（例如冠状动脉支架或生物植入物）的机械性能的复杂的3D打印。
“我们找到了一种将弱且脆弱的3D印刷光聚合物转换为超技术3D体系结构，仅通过在正确的条件下加热它们，这是令人惊讶的，这是可与金属和合金相当的方法，” Cityu Lu Yang教授说。“我们的工作提供了一条低成本，简单且可扩展的途径，可通过几乎任何几何形状使轻质，强壮和延性的机械超材料。”
Chasing the “holy grail” of materials
According to the CityU scientists, developing a polymer that’s lightweight at the same time as having an ultra-high level of strength and ductility, is considered the “holy grail” of material R&D, but these properties are often “mutually exclusive.”
这是因为热解（通常用于通过惰性气氛中的加热）将塑料部件转化为增强碳的过程，几乎使原始聚合物失去其所有可变形性。尽管团队承认存在其他塑料强度加长方法，但他们说这些方法也导致了“固有的脆性和低韧性”，“限制了[零件]结构性应用”。
特别是，这些缺点限制了“超材料”的零件的生产，这些零件被设计为具有自然出现的原料中未发现的特性。这些迭代的某些迭代可用于创建微型材料，这将轻巧的结构设计与其组成材料的品质相结合，但研究人员说，他们的3D可打印性仍然有限。
Yang补充说：“强大而坚固的架构组件通常需要3D打印金属或合金，但是由于商用金属3D打印机和原材料的高成本和低分辨率，它们不容易获得。”“聚合物更容易获得，但通常缺乏机械强度或韧性。”
Developing a 100-times tougher polymer
In the course of their research into 3D printing polymeric lattices, the CityU team say they’ve come up with a way of heating them into a “magic-like” state of partial carbonization. By carefully controlling the heating rate, temperature, duration and gas environment of the pyrolysis process, the scientists have found it possible to enhance the stiffness, strength and ductility of microlattices in a single step.
研究人员通过一系列的表征技术进行了发现，该技术表明，缓慢的加热导致材料在热解转化过程中的转化不完整。这产生了一种杂种材料，其中结构增强碳碎片和松散的交联聚合物链，以防止复合材料破裂，协同共存。
通过进一步的研发，研究人员继续发现，聚合物与碳碎片的比率对于强度和延展性优化部分的产生也至关重要。该团队对他们的理论进行了测试，创建了几个测试印刷品，在该图案中，他们的迭代能力能够开发出一个碳化的晶格，其强度是100倍，并且是以前的两倍。
为了额外的好处，研究人员的“混合碳”微层也比其基础聚合物表现出更好的生物相容性，甚至证明能够支持细胞生物活性。考虑到这一点，团队认为他们的过程可以用来扩大其他各种聚合物向前发展的功能，并解锁新的医疗，机器人和能源设备3D打印材料。
3D打印中的晶格加固
The concept of developing parts with lattice geometries to reduce weight, while improving their impact absorption and material efficiency, has been around in the 3D printing industry for some time. Introduced in June 2022,Ntopology’s new lattice design tools现在，允许用户应用高级DFAM技术来简化晶格生成过程，据说它可以在管道中进行更多的升级。
General Latticehas even been awarded a contract by the美国军队发展3D打印的吸收能量的战斗头盔具有高级晶格几何形状。目前，该项目目前在芝加哥格林特将军的设施中，该公司开发了一种预测性建模工具集，用于设计和生成改进的晶格材料。
At a more experimental level, production service provider快速产品制造（RPM）已获得研究赠款，以发展复杂用于消费品的3D打印格申请。使用碳数字综合(DLS) technology andEPU41/EPU40材料，RPM正在努力创建具有工业和消费品潜力的复杂弹性结构。
研究人员的发现在其论文中详细介绍了“轻量级，超阻-Tough，3D构造的混合碳微型。”这项研究是由詹姆斯·乌特拉玛·苏里哈迪（James Utama Surjadi），杨森周（Yongsen Zhou），siping huang，liqiang wang，maoyuan li，sufeng fan，Xiaocui li，Jingzhuo Zhou，Raymond H.W.Lam，Zuankai Wang和Yang Lu。
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Featured image shows a set of 3D printed samples that have been treated using the team’s partial-carbonization technique. Image via James Surjadi et al, CityU.
