復(fù)合材料天然存在于牙齒和貝類中，或者人工合成為鋼筋混凝土、輪胎和膠合板等，其高強(qiáng)度依賴于纖維的排列。然而在人造物件上，難題仍然是如何復(fù)制大自然的規(guī)律。

    研究的第一作者Jennifer A.Lewis評(píng)論說(shuō)：“我們現(xiàn)在可以以一種分層的方式來(lái)排列材料，類似于自然的構(gòu)建方式。

    從流體入手

    之前一些其他方法使用磁場(chǎng)或電場(chǎng)來(lái)作為排列聚合物組織中纖維的手段。然而，添加這些電流在原本相對(duì)簡(jiǎn)單的沉積過(guò)程上增加了另一種程度的復(fù)雜性。

    相反，Lewis實(shí)驗(yàn)室的方法研究3D打印墨水的流變學(xué)---或者說(shuō)物質(zhì)如何流動(dòng)，本質(zhì)上是一種液體電流，使混合物中的纖維排列。

    引入旋轉(zhuǎn)

    作為標(biāo)準(zhǔn)擠壓機(jī)的替代，該實(shí)驗(yàn)室的3D打印機(jī)有一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的噴嘴，用來(lái)存放環(huán)氧基液體原料，而不是纖維絲。通過(guò)精確地編排噴嘴的速度和旋轉(zhuǎn)，團(tuán)隊(duì)能夠有效地規(guī)劃纖維的排列和內(nèi)容，從而為變化的材料提供始終如一的剛度。

    “這項(xiàng)研究的一個(gè)令人興奮的地方是，它提供了一種新的途徑來(lái)制造復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)，并且可控地改變從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)的微觀結(jié)構(gòu)。“合著者Jordan Raney解釋說(shuō)。

    團(tuán)隊(duì)成員之一、哈佛大學(xué)的博士后研究員Raney現(xiàn)在是賓夕法尼亞大學(xué)的機(jī)械工程和應(yīng)用力學(xué)助理教授,在那他主要研究“控制材料系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的新方法。”

    從納米到宏觀

    旋轉(zhuǎn)3D打印是獨(dú)立于電或磁電流的一種通用方法，可用于任何材料擠壓法(FFF/FDM，直接墨水書(shū)寫(xiě)，BAAM)，并存放任何填充材料，包括碳纖維和陶瓷片。

    另一位合著者，Brett Compton，現(xiàn)在是諾克斯維爾市的田納西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的助理教授。他工作于橡樹(shù)嶺大面積添加劑制造工程(BAAM)方法的研究。

    研究結(jié)果由合著者Brett Compton , Jordan Raney ,Jochen Mueller和Jennifer A.Lewis共同發(fā)布在《PNAS》雜志上。項(xiàng)目由美國(guó)海軍研究局和來(lái)自德國(guó)的工具制造業(yè)投資家GETTYLAB提供資助，知識(shí)產(chǎn)權(quán)受到哈佛科技發(fā)展辦公室的保護(hù)。