麻省理工：3D打印的特定晶格结构可抵抗超音速撞击！

3D打印技术参考注意到，麻省理工学院以及美国陆军研究实验室的工程师在微观超材料领域取得了重要进展，他们发现复杂的蜂窝状支柱和横梁结构能承受超音速撞击，且具体结构对撞击抵抗力的影响显著。这些材料通过3D打印、组装等方式设计成微观结构，赋予了整体卓越的性能。双方以《Decoupling particle-impact dissipation mechanisms in 3D architected materials》为题将研究发表在《美国科学院院报》上(PNAS与Nature、Science齐名）。

具有特定微结构的超材料在抵御超声速撞击方面优于固体材料，为先进的防护解决方案提供了潜力

随着科技的飞速发展，对材料性能的要求也日益提高。特别是在航空航天、汽车工业、国防安全等领域，材料不仅需要具备高强度、高刚度等传统特性，还必须能够在极端环境下保持稳定的性能。3D打印技术的出现，为设计并制造具有复杂微观结构的超材料提供了可能。这些超材料通过精细的结构设计，能够在保持低密度的同时，展现出超越传统材料的卓越性能。

在这项研究中，工程师们提出了一种快速测试超材料结构阵列对超音速撞击弹性的新方法，并在实验中利用高速摄像机捕捉撞击瞬间。实验中，工程师们向悬挂在微型支柱之间的超材料发射高速玻璃微粒子，以模拟超音速撞击场景。通过对比不同超材料结构的反应，他们发现某些特定结构的超材料具有更强的抗冲击能力。这些结构在受到撞击时，能够形成小穿孔而不破碎，而相同条件下的无结构超材料则会产生大裂缝并迅速破碎。这一发现不仅验证了微观结构设计对材料性能的重要影响，还为新型防护材料的设计提供了重要参考。

某些3D打印架构具有更好的抗冲击性

具体地说，研究人员通过双光子光刻技术，利用整体支撑结构制作了悬浮的微结构板，这些板距离基底约300微米，具有可调节的形态，并通过激光诱导粒子冲击测试研究了约30微米二氧化硅微粒对这些悬浮晶格的冲击效应，利用超高速成像技术捕获了冲击前后的速度变化。

• 重复八面体结构的卓越表现

在众多超材料结构中，打印成重复八面体结构的材料表现尤为出色。这种结构不仅具有高度的几何对称性，还能够在受到冲击时通过多方向分散能量，从而显著提高材料的抗冲击性能。实验数据显示，单位质量的重复八面体结构超材料可承受的冲击力是大块材料的两倍以上。这一发现对于设计更坚硬、更轻质的防护材料具有重要意义。

激光诱导粒子撞击八重悬浮格子板，SiO2球形粒子的初速度约为575m/s，粒径约为30μm

激光诱导粒子撞击八面体悬浮板晶格，SiO2球形粒子的初速度约为130m/s，粒径约为30μm

超音速撞击后材料不会发生整体碎裂

• 3D打印技术发挥关键作用