新的3D打印水泥浆在破裂时会变得更坚固就像自然结构一样杜德伟

新的3D打印水泥浆在破裂时会变得更坚固-就像自然结构一样

如果某种材料的固有弱点实际上使野火和地震期间的房屋和建筑物变得更坚固，该怎么办？

普渡大学的研究人员使用3D打印的水泥浆，这是用于建造各种基础设施的混凝土和砂浆的关键成分，在诸如节肢动物的壳的压力下会变得更坚韧。

该技术最终可以在自然灾害期间有助于增强结构的弹性。

普渡大学Lyles土木工程学院的教授Jan Olek说：“自然必须面对弱点才能生存，因此我们正在利用水泥材料的“内置”弱点来提高其韧性

这个想法是使用受节肢动物壳启发的设计来控制损坏程度如何在材料的印刷层之间扩散，例如试图打破一堆未煮熟的意大利面条而不是单个面条。

普渡大学土木工程学教授帕勃罗·扎瓦蒂蒂里说：“节肢动物的外骨骼具有裂纹扩展和增韧机制，我们可以在3D打印的水泥浆中复制它们。”

3D打印的水泥基材料将使工程师能够更好地控制设计和性能，但技术一直在扩大规模。

普渡大学的工程师是第一批使用3D打印技术通过水泥浆创建具有生物启发性的结构的方法，如已发表的论文和《先进材料》杂志即将出版的前言中所示。

普渡大学材料工程学教授杰弗里·扬布罗德说：“ 3D打印消除了为每种类型的设计创建模具的需要，因此我们可以实现以前无法实现的水泥基材料的这些独特性能。”

该团队还使用微CT扫描来更好地了解硬化的3D打印水泥基材料的行为，并利用它们的薄弱特性，例如在打印层之间的“界面”处发现的孔隙区域，这些区域会促进开裂。

最近在第一届RILEM国际混凝土和数字制造会议上提出了这一发现。

普渡大学博士学位的Mohamadreza“ Reza” Moini说：“ 3D打印水泥基材料可以控制其结构，从而导致产生更多的损伤和容错结构元素，例如梁或圆柱。土木工程的候选人。

该团队最初的灵感来自螳螂虾，它用“ dactyl club”附属物征服了猎物，该附属物通过扭曲裂纹消散了能量，从而防止了破碎。

该团队使用3D打印技术设计和制造的一些受生物启发的水泥浆元素包括“蜂窝”，“顺应性”和“ Bouligand”设计，即“建筑”。

这些结构中的每一种都可以在3D打印的元素硬化后允许新的行为。例如，Bouligand建筑利用薄弱的界面使材料更具抗裂性，而顺应性建筑则使水泥基元素像弹簧一样起作用，即使它们由脆性材料制成也是如此。

该团队计划探索其他方法来设计水泥基元素，以建造更具弹性的结构。

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