3D 打印捲曲材料為車輛提供適應性強的衝擊保護。

一種新型 3D 打印捲曲超材料可以緩衝撞擊的影響，可能會在未來幾年改善車輛碰撞保護。

來自蘇格蘭和意大利大學的研究人員正在開發一種材料，這種材料具有獨特的晶格形狀，可以捲曲，從而提供有效的保護，防止各種類型和嚴重程度的影響。

論文中概述了該團隊的“超材料的自適應冰壺” 發表 在雜誌上 先進材料對當前使用的衝擊防護材料採取不同的方法。

與提供給定抗衝擊性的傳統泡沫或擠壓區域不同，該團隊材料對沖擊的響應可以通過機械方式控制，從而改變其能量吸收。它們可以進行微調，以提供更堅固的抵抗重衝擊的能力或更柔軟的緩衝能力來抵抗輕微的衝擊。

這些材料採用增材製造技術由鋼製成，這種工藝通常被稱為 3D 打印。這個過程使團隊能夠詳細控製材料的結構，使他們能夠編織出一種複雜的、高度多孔的形狀，稱為陀螺晶格。

當材料受到外力壓縮時，它會像開瓶器一樣扭曲，吸收衝擊能量。在實驗室實驗中，該團隊測試了該材料的三種版本，以評估它們對兩種類型負載的響應：快速沖擊和較慢、不斷增加的負載。

當超材料完全不因衝擊而扭曲時，它提供最大的剛度並吸收最多的能量——每克材料 15.36 焦耳的能量。相反，當材料自由捲曲時，其剛度和能量吸收下降了約 10%。

在材料的第三種配置中，它必須被扭曲，這減少了 33% 的能量吸收。結果表明，該材料可以提供廣泛的保護，從硬保護到更軟的能量吸收。

該團隊的實際測試得到了全面的理論和計算模型的支持，該模型可以準確預測不同應變率下扭曲陀螺晶格的複雜行為。為了實現精確的數值實驗對準，通過集成印刷光柵的 microCT 重建來量化增材製造過程中引入的幾何缺陷。

這項研究由格拉斯哥大學詹姆斯·瓦特工程學院的 Shanmugam Kumar 教授領導。他說：“當今大多數車輛使用的防護材料都是靜態的，專為特定的暴露場景而設計，無法適應不斷變化的條件。

“這項研究引入了自適應扭曲超材料作為一種新型超材料，不需要任何復雜的電子或液壓系統來適應。相反，它們可以簡單地通過機械旋轉控制來適應。

“當我們施加壓縮時，陀螺晶格將其轉化為扭轉，通過改變邊界條件，我們可以調整能量吸收特性。這些材料可以根據暴露的類型和嚴重程度來適應和改變自己的特性，以減輕影響。”

“我們相信，未來這種材料可以在汽車和航空航天安全領域得到應用，提供一種能夠根據需要適應不同需求的新型材料。它還可以通過將衝擊力轉化為旋轉動能來幫助開發新形式的能量收集。”

來自馬爾凱理工大學、拉奎拉大學和意大利國家核物理研究所的研究人員對這項研究做出了貢獻，並共同撰寫了這篇論文。