據(jù)《3D打印商情》了解，來自康奈爾大學、普渡大學和凱斯西儲大學（CWRU）的團隊研究了垂直和水平支撐形成我們骨骼中心的海綿狀、小梁結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)看似微不足道的骨小梁對于維持人類一生的能力至關(guān)重要。他們對人體骨骼結(jié)構(gòu)的研究為一類高耐磨、輕量化的3D打印材料研究奠定了基礎(chǔ)。

普渡大學教授Pablo Zavattieri解釋說：“骨頭就是一棟建筑物。它具有承受大部分載荷的梁和連接這些梁的梁?！?/span>

“我們可以從這些材料中學習，為建筑物和其他結(jié)構(gòu)創(chuàng)建更堅固的3D打印材料?！?/span>

研究人員從骨骼中汲取了靈感，以創(chuàng)建更耐用的3D打印結(jié)構(gòu)。最終，這可能使3D打印在諸如建筑和飛機設(shè)計等高風險應(yīng)用中變得可行。，為治療骨質(zhì)疏松癥和工業(yè)工程應(yīng)用創(chuàng)造了潛力。

康奈爾大學、普渡大學和凱斯西儲大學在研究中打印了受骨骼啟發(fā)的3D微結(jié)構(gòu)。

長期以來，人的骨骼結(jié)構(gòu)，特別是其小梁結(jié)構(gòu)，一直是設(shè)計新產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的靈感——在骨骼中，強度來自稱為小梁的海綿狀結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是圓柱和梁的集合，它們均勻地分配了載荷。

2017年，作為米蘭MADE博覽會的一部分，米蘭理工大學的建筑計算技術(shù)實驗室（ACTLAB）運用了其CAD專業(yè)知識，以小梁組織的啟發(fā)建造了大型拱門。

ACTLAB設(shè)計的小梁亭。

小梁由垂直的板狀支桿和水平的桿狀結(jié)構(gòu)組成，它們的作用類似于柱和梁。年輕的時候，這些梁和柱子使骨骼中的小梁密密麻麻。但是，隨著年齡的增長，骨頭的密度會降低，這就是為什么骨折在老年人中更為普遍的原因。研究人員希望了解兩個小梁結(jié)構(gòu)對強度的影響。

康奈爾大學航空機械和生物醫(yī)學工程學系的克里斯托弗·埃爾南德斯教授解釋衰老的影響時說：“人們衰老時，他們首先會失去這些水平支撐，這增加了骨骼從多個循環(huán)載荷中斷裂的可能性?！?/span>

研究小組懷疑垂直板確實有助于骨骼的剛度和強度，但水平橫梁卻使骨骼長期持久。為了證明這一點，該團隊創(chuàng)建了小梁的3D打印模型（如下）。他們表明3D打印小梁具有與真實骨骼相似的機械性能。然后，他們根據(jù)人體骨骼制成了完全合成的結(jié)構(gòu)，并調(diào)整了水平光束的厚度。他們發(fā)現(xiàn)，梁的厚度增加30％，可使承重能力提高100倍，從而有力地證明了水平結(jié)構(gòu)是強度的主要來源。

在此實驗中，普渡大學博士研究生和該研究的合著者Adwait Trikanad解釋說：“我們能夠看到菌株會集中在這些水平支柱上，并且通過增加這些水平支柱的厚度，能夠減輕一些觀察到的壓力。”

使水平支架變厚并不會顯著增加3D打印對象的重量。這意味著我們最終可以生產(chǎn)大型3D打印結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)堅固耐用且重量輕，可以從一個地方運輸?shù)搅硪粋€地方。這也可能會使那些火星的棲息地更加堅固。它甚至可以幫助我們更好地了解骨骼老化過程中發(fā)生的變化，從而可能導致減少斷裂的新療法。結(jié)構(gòu)的輕便性將為工程部門提供巨大價值，這在汽車和航空航天領(lǐng)域的眾多案例研究中都得到了定期觀察。

Zavattieri教授補充說：“這些對人體骨骼的認識可以成為將更多建筑材料帶入建筑業(yè)的推動力，骨啟發(fā)的微體系結(jié)構(gòu)提高了疲勞壽命，”