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人體骨骼中的建筑物可能成為增強3D打印輕質結構的關鍵

印度印第安納州西部拉斐特-骨骼和3D打印的建筑物有何共同之處?它們的內部都有圓柱和橫梁,確定它們可以持續多久。

現在,發現人類骨骼材料中的“光束”如何處理一生的磨損價值,可以轉化為3D打印的輕質材料的開發,這種材料使用壽命足夠長,可以在建筑物,飛機和其他結構中更實際地使用。

康奈爾大學,普渡大學和凱斯西儲大學的一組研究人員發現,當他們模仿該光束并將其厚約30%時,人造材料的使用壽命可能會延長100倍。

“骨頭是一棟建筑物。它具有承載大部分載荷的梁和連接這些梁的梁。我們可以從這些材料中學到東西,從而為建筑物和其他結構創建更堅固的3D打印材料,”該學院教授Pablo Zavattieri說道。普渡大學Lyles土木工程學院。

骨骼通過稱為小梁的海綿狀結構獲得耐用性,該海綿狀結構是由相互連接的垂直板狀支桿和水平桿狀支桿作為柱和梁組成的網絡。小梁越密集,骨骼在日常活動中就越有彈性。但是疾病和年齡會影響這種密度。

在《美國國家科學院院刊》上發表的一項研究中,研究人員發現,盡管垂直支撐桿有助于骨骼的剛度和強度,但實際上看似微不足道的水平支撐桿卻增加了骨骼的疲勞壽命。

康奈爾大學的克里斯托弗·埃爾南德斯(Christopher Hernandez)的研究小組懷疑水平支撐結構對于骨骼的耐用性很重要,這與小梁領域的普遍看法相反。

機械,航空航天和生物醫學工程學教授埃爾南德斯說:“當人們衰老時,他們首先會失去這些水平支撐,從而增加了骨骼因多次循環載荷而斷裂的可能性。”

進一步研究這些結構可以為治療骨質疏松癥的患者提供更好的方法。

同時,3D打印的房屋和辦公空間正在進入建筑行業。盡管與傳統產品相比,其生產速度和成本要低得多,但即使是印刷的水泥層也必須足夠堅固,以應對自然災害-至少與當今的房屋一樣。

可以通過重新設計水泥本身的內部結構或“架構”來解決該問題。Zavattieri的實驗室一直在開發受自然啟發的建筑材料,增強其性能并使其更具功能性。

作為將自然界的最佳力量策略納入這些材料的一項持續性工作的一部分,Zavatieeri的實驗室為機械分析模擬做出了貢獻,以確定水平支撐桿在人體骨骼中的作用是否比以前認為的要大。然后,他們設計了具有與小梁相似結構的3D打印聚合物。

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