天然復合材料如木材和骨頭，其可以說是輕質和密度與所需的機械性能進行了完美的結合，這通常是由于系統(tǒng)內纖維的復雜和多樣化排列造成的。盡管人類已經能夠制造出越來越復雜的復合材料，但是，想要再現(xiàn)自然界中發(fā)現(xiàn)的特殊機械性能和復雜微結構，則仍頗具挑戰(zhàn)。

 

       來自哈佛JohnA.Paulson工程與應用科學學院（SEAS，Cambridge，MA，US）的研究人員，提出了一種受自然復合材料啟發(fā)的全新3D打印方法。這項新技術是為了能夠在打印部件的每個位置都實現(xiàn)最佳的短纖維排列。

 

       該研究的資深作者Jennifer A Lewis，以及哈佛海洋生物啟發(fā)工程學院Hansjorg Wyss教授說：“能夠在工程復合材料中局部控制纖維取向是一個巨大的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在我們可以用分層的方式對材料進行圖案化，就像自然構建的方式一樣。”

 

       該團隊的論文發(fā)表于2月份的《美國國家科學院院刊》上，并稱這種方法為“旋轉3D打印”技術。該方法通過使用能夠控制噴射速度和旋轉角度的噴嘴，來對聚合物基體中的嵌入式纖維的排列進行編程，創(chuàng)建出對強度、剛度和損傷容限進行優(yōu)化的結構材料。

 

       雖然劉易斯的團隊致力于制造碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料，但該方法可能具有深遠的應用前景。旋轉噴嘴理論上可以用于任何材料的擠出打印方式，從熔融絲制造、直接墨水書寫，到大規(guī)模熱塑性添加劑制造以及任何填充材料。

 

        生物復合材料通常具有顯著的機械性能：單位重量的高剛度、高強度以及高韌性。設計由生物復合材料啟發(fā)的工程材料的突出挑戰(zhàn)之一，即在小范圍和局部水平上控制纖維排列。哈佛大學團隊的這一成果則證明了這一方式的可行性，是生物復合材料設計的一大飛躍。