近日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的材料科学家们发现，3D打印的泡沫比标准蜂窝材料在耐久性和长期机械性能方面表现得更好。

    泡沫，也被称为多孔材料，是在隔热、减震缓冲，以及轻质结构和气浮部件等应用中用得很多的一类重要材料。这种材料在各种行业里几乎都用得到。传统上，有很多工艺都可以制造泡沫，但是制造出来的泡沫结构上具有高度的非均匀性，其在大小、形状、厚度、连通性和孔隙单元的拓扑结构等方面离散程度很高。

   为了改进这种材料的性能，LLNL增材制造实验室的科学家们最近展示了使用一种名为直接墨水写入（direct-ink-write）的技术3D打印出具有均匀的泡沫结构的可行性。

然而，由于3D打印技术往往需要用到聚合物的某些属性，因此在将其商业化之前，对于这种打印材料的长期机械稳定性的了解就变得重要了，尤其是那种需要提供缓冲的应用，在这些应用里泡沫材料往往需要长期承受机械应力。

为了解决稳定性问题，LLNL的研究团队对传统的随机泡沫和3D打印的泡沫材料 样品进行了加速老化实验，在试验中，这两种样品都要在恒定压缩应力的条件下经受一系列的高温。与此同时，科学家们会在为期一年甚至更长的时间里对每个样本的应力条件、力学响应和永久结构变形进行监测。这是一种被称为时间-温度-叠加的实验方法，主要用于构建此类属性在指定环境条件下，在几十年时间里进行演变的量化模型。

   据了解，最终，这项研究令人信服地证明，3D打印的泡沫材料老化缓慢，即与传统泡沫材料相比，能够更好地保持其机械和结构的特点。有趣的是，泡沫材料中的天然橡胶（即弹性体）却表现出完全相反的特点，即在3D打印的泡沫中老化得反而更快。

为了更进一步了解为什么3D打印的蜂窝材料会显示出优越的长期稳定性，研究团队使用X射线计算机断层扫描技术对每个样品的3D微观结构进行成像，并对每个微观结构进行了应力分布的有限元分析。他们发现在随机泡沫内局部应力的变化幅度要大得多，其最大应力值要明显高于更加均匀的3D打印泡沫。

这项研究已经被发表在了4月27日出版的《Scientific Reports》杂志上。

“在创建可编程架构、可自定义形状和可调谐的力学相应方面，3D打印泡沫技术可以提供极大的灵活性。”该研究的主要作者Amitesh Maiti说。“现在，我们的研究表明3D打印泡沫材料具有优越的长期稳定性和性能，毫无疑问，它将在未来的特定应用中取代传统的泡沫材料。”

（编译自ScienceDaily）