劳伦斯·利弗摩尔国家实验室（LawrenceLivermore National Laboratory，LLNL）的材料学家们发现，3D打印泡沫的耐久性和长期使用机械性能均优于传统多孔材料。

    泡沫，也称为多孔固体，在隔热、轻质结构和漂浮部件的减震支撑等方面具有重要的作用。这种材料是许多工业领域的重要组分部分，涉及汽车、航空航天、电子、海洋、生物医学、包装和国防等领域。传统工艺制备的泡沫材料结构高度不对称，其孔隙尺寸、形状、厚度、连通性和拓扑结构离散程度很高。

    最近，LLNL增材制造实验室的科学家们通过一种“直接墨水写入”的方法证明了3D打印制备均匀泡沫结构的可行性，该方法将成为泡沫结构制造的改进替代方案。然而，3D打印需要使用具有特殊性质的聚合物，在这些打印材料商业化应用之前，了解其长期使用的机械稳定性是非常重要的。在作为诸如支撑垫的应用中，泡沫材料需长期承受机械应力，因此其机械稳定性至关重要。

    为了解决稳定性的问题，LLNL团队对传统泡沫材料和3D打印材料的样品进行了加速老化实验，使其在恒定压缩应变下经历一系列升温过程。对每个样品的应力条件、机械响应和永久结构形变进行持续一年甚至更长时间的监测，然后使用时间-温度叠加的方法定量模拟在环境条件下几十年内这些性质的演变过程。

    这项研究证明，与其它传统的材料相比，3D打印材料老化速度较慢，即能更好地保持它的机械和结构特性。有趣的是，泡沫材料中的天然橡胶（即弹性体）却显示出完全相反的性质，即打印材料中的橡胶比传统泡沫中使用的橡胶老化得快。

    为了进一步解释打印泡沫材料显示出的优越的长期稳定性，该团队利用X射线计算机断层扫描技术对每个泡沫样品的3D微结构进行成像，并对每个微孔结构中的应力分布进行了有限元分析。他们发现传统泡沫材料内的局部应力变化范围更大，极限应力显著高于更均匀的3D打印泡沫材料的最大应力点。

    第一作者Amitesh Maiti说“3D打印泡沫在创建可编程架构、特定形状和可调谐的机械响应方面具有巨大的灵活性。我们的工作表明打印材料具有良好的机械性能和长期稳定性，未来特定应用中用恰当设计的3D打印泡沫替代传统泡沫材料将成为必然。”

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责任编辑：刘洋

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